Введение к работе
Актуальность исследований. Важное место В' современных экологических исследованиях занимает изучение функциональной организации морских экосистем, так как их стабильное функционирование, сохранение способности к самовоспроизводству и самоочищению необходимо для обеспечения устойчивого развития общества.'
Несмотря на исключительное экономическое значение биологических ресурсов Каспийского моря, о жизнедеятельности населяющих его организмов и их связях со средой обитания сегодня известно несравненно меньше, чем об условиях этой среды. Прежде всего это касается глубоководной части Каспия, где для оценки функционального состояния планктона используются, за редким исключением, только экстенсивные показатели (численность и биомасса), а . лпо-тезам, связывающим динамику функциональных параметров с изменениями гидрометеорологического режима моря, не достает фактической основы.
Потребность в дополнительных сведениях о функционировании биологических сообществ каспийской пелагиали стала особенно остро ощущаться в последние годы в связи а образованием в Прикаспийском регионе новых суверенных государств. Для совместного использования природных ресурсов моря необходима более детальная, чем имеется в настоящее время, информация о пространственно-временнпй изменчивости функциональной активности биоты и ее причинах.
Недостаток гидробиологических данных и сворачивание действующей системы экологического мониторинга делает необходимым поиск таких показателей функционального состояния экосистемы глубоководной части моря, которые, с одной стороны, позволяли бы проследить за его динамикой на протяжении последних десятилетий, а с другой - без особых затрат фиксировать современные изменения, происходящие под влиянием природных и антропогенных факторов.
Целью работы явилось изучение основных закономерностей изменчивости функционального состояния экосистемы пелагиали Каспийского моря, обусловленных особенностями гидрометеорологического и гидрохимического режимов открытой части моря.
В рамках указанной цели необходимо было решить следующие конкретные задачи:
- г -
дать характеристику функционального облика экосистем пелагиали моря и условий его формирования;
изучить изменчивость основных функциональных параметров экосистем открытой части моря;
оценить влияние факторов окружающей среды на'изменения функциональной активности планктона Среднего и Южного Каспия.
Использование статистических параметров изменчивости насыщения морских вод кислородом для оценки динамики функционального состояния экосистем предполагало решение следующих задач: -
выявление основных закономерностей насыщения кислородом поверхностного слоя Каспийского моря и формирующих его факторов;
определение связи динамики функционального состояния экосистем и изменчивости насыщения вод кислородом по данным модельных экспериментов и натурных наблюдений;
сравнительную оценку динамики функциональных показателей экосистем по данным гидробиологических и гидрохимических исследований. ' ' « ' '
На защиту выносятся следующие положения:
1. Данные гидробиологических исследований позволяют судить о
влиянии макромасштабных гидрометеорологических процессов (осен
не-зимней конвекции и неравномерного распределения речного стока)
на изменчивость функционального состояния экосистемы каспийской
—гигиали, но их недостаточно для оценки воздействия на нее мезо-
ісштабньїх динамических процессов в поверхностном слое моря.
-
Пространственно-временная изменчивость насыщения поверхностного слоя вод кислородом имеет как сходные, так и различные черты с пространственно-временным распределением численности и биомассы планктона в пелагиали Каспийского моря.
-
В пределах временного интервала, примерно равного естественному- синоптическому периоду, изменения насыщения поверхностного слоя вод кислородом определяются в основном функциональной активностью планктона, а за его пределами на них оказывает влияние также изменчивость гидрометеорологических условий.
-
Статистические параметры временной изменчивости насыщения вод кислородом, находящиеся в линейной зависимости от интенсивности, сбалансированности и стабильности продукционно-деструкци-онных процессов, можно использовать для оценки функционального состояния морских экосистем и его динамики.
-
Сходство структуры статистических полей насыщения вод кислородом со структурой поля течений в поверхностном слое глубоководной части Каспийского моря свидетельствует, что мезо- и частично макромасштабная пространственная изменчивость функционального состояния планктона определяется динамическими процессами в этом слое.
-
Межгодовые изменения энергии колебаний насыщения поверхностного слоя вод кислородом в различных районах моря и их связь с суровостью зим указывает, что на макромасштабную временную изменчивость фотосинтетической активности планктона влияет вертикальная циркуляция вод во всей водной толще пелагиали при ведущей роли водообмена на нижней границе фотической зоны.
Научная новизна работы состоит в следующем:
впервые определена эффективность использования фитопланктоном Каспийского моря фотосинтетически активной солнечной радиации и показано, что ее пространственные изменения соответствуют распределению численности и биомассы планктона;
предложена гипотеза, объясняющая асинхронный характер изменений бчо.логичрсксй продуктивности мелководной и глубоководной частей меря их различием между собой по химическому составу морских вод и зависимостью последнего от колебаний речного,стока;
выявлены новые черты кислородного режима пелагиали моря, установлены закономерности пространственно-временной изменчивости насыщения поверхностного слоя морских вод кислородом и их связь с гидрометеорологическими и гидробиологическими условиями;
установлена линейная зависимость статистических параметров изменчивости насыщения вод кислородом от функционального состояния морских экосистем;
выявлена структура мезомасштабной пространственной изменчивости интенсивности, сбалансированности и стабильности продукцион-но-деструкционных процессов и показано ее сходство со структурой динамических полей в поверхностном слое Каспийского моря;
определен характер межгодовых колебаний продукции фитопланктона в различных районах Среднего и Южного Каспия в семидесятых и восьмидесятых годах, то есть в период резкого изменения водного режима моря.
Практическая ценность работы. Практическое значение имеют следующие результаты исследований:
установленные временные границы существования гипоксии в придонном слое зоны смешения северо- и среднекаспийских вод, которые необходимо учитывать при разработке биотехнических мероприятий по улучшению кормовой базы осетровых и других ценных пород рыб;
способ оценки функционального состояния морских экосистем и егс динамики по статистическим параметрам временной изменчивости насыщения вод кислородом, рекомендуемый для применения в Единой государственной системе экологического мониторинга;
выявленные закономерности сезонной динамики функционального состояния планктона в районе Нефтяных Камней, представляющие интерес для оценки и прогноза экологических последствий загрязнения морских вод нефтяными углеводородами при добыче нефти на шельфе Каспийского моря;
районирование акватории глубоководной части Каспийского моря по уровню первичной продуктивности вод и стабильности функционального состояния биоты, способствующее рациональной организации рыбного промысла, планированию и реализации водоохранных мероприятий.
Апробация и публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Материалы диссертации были доложены на XIII научно-практической конференции по охране природы Дагестана_ (Махачкала, 1995). на Международной конференции "Каспийский регион: экономика, экология, минеральные ресурсы" (Москва, 1995), на конференции "Современные проблемы комплексного использования морей" (Москва, 1995), на научном совете по проблемам Каспийского моря Дагестанского научного центра РАН (1996), на семинарах Регионального экологического центра и Центра по изучению проблем Каспийского моря Дагестанского государственного университета (Махачкала, 1996), на общеинститутском научном семинаре Государственного окенографичес-кого института (1996) и научно-техническом совете Дагестанского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды (1997).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы, содержащего 103 наименования. Общий объем диссертации составляет 166 страниц, включая 16 таблиц и 33 рисунка.
Фактический материал. В основу работу положены материале;; гидрохимических и гидрометеорологических наблюдений, проводивших-
ся по программе Общегосударственной системы наблюдений в период с 1967 по 1988 на "вековых" разрезах Среднего и Южного Каспия (начиная с 1980 года эти наблюдения проводились с участием автора), другие материалы Государственного фонда данных о состоянии окружающей природной среды и данные собственных исследований зоны смешения северо- и среднекаспийских вод. ;