ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2008, том 35, № 2, с. 223-230
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ^^^^^^^^^^^^ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 577.472:681.3
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ОЦЕНКА БИОМАСС ПЛАНКТОНА И БЕНТОСА БАРЕНЦЕВА МОРЯ НА ОСНОВЕ ГИС-ТЕХНОЛОГИЙ
© 2008 г. М. А. Новиков
Полярный научно-исследовательский институт морского рыбного хозяйства и океанографии
183038 Мурманск, ул. Книповича, 6 Поступила в редакцию 03.11.2005 г.
Оценены количественные показатели и распределение биомасс планктона и бентоса южной части Баренцева моря с применением технологий географических информационных систем. На основе базы данных компьютерного атласа Баренцева моря рассчитана суммарная, общая и средняя биомасса. Оценены количественные параметры планктона путем создания цифровой синтетической карты, отражающей совместное распределение фитопланктона, мезо- и макрозоопланктона в растровом формате. Вычислена общая и средняя биомасса бентоса на основе оцифровки опубликованных картографических данных и последующей обработки цифровой картограммы. Проведено сравнение полученных результатов с оценками, сделанными ранее другими исследователями. Вычислены такие обобщающие характеристики как продукция биомассы, Р/В-коэффициент и экологическая эффективность.
Одна из важнейших задач морской экологии, имеющих народохозяйственное значение - изучение количественного распределения жизни в арктических морях [27]. Планктон Баренцева моря менее разнообразен по видовому составу, но количество его значительно больше по сравнению с районами Северной Атлантики. Видовой состав планктона представляют ~265 видов фито- и >187 видов зоопланктона [25, 30]. В количественном отношении в зоопланктоне Баренцева моря преобладают две группы ракообразных - копеподы (преимущественно Са1апш йпшагсЫсш) и эвфаузииды, создающие в сумме до 90 % всей его массы [10].
Главная цель настоящего исследования - составление цифровой картограммы суммарной биомассы планктона на основе данных по трем его основным группам: фито-, мезозоо- и макрозоопланктону. Другие задачи работы - расчет средних и общих величин суммарной биомассы планктона и бентоса Баренцева моря.
Бентос Баренцева моря в видовом отношении достаточно богат по сравнению с другими арктическими евразийскими морями и насчитывает по разным оценкам от 2500 до 3000 видов только беспозвоночных [10, 33]. Общая биомасса бентоса рассчитывалась на основе оцифровки картографических материалов по распределению макробентоса, представленных в [15, 35].
Анализ общих количественных показателей планктона в Баренцевом море не проводился уже достаточно давно. Последними работами в области расчета общих и средних биомасс планктона можно считать обобщения, сделанные рядом авторов [4, 5] в конце 1960-х гг. для Мирового
океана в целом, где в частности присутствуют сведения о средней биомассе зоопланктона Баренцева моря. Одна из последних известных сводок по оценке общих биомасс бентоса шельфа морей России приведена в монографии [17].
МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Выполнение компьютерных карт суммарной биомассы планктона - продолжение работ по комплексному экологическому картографированию Баренцева моря и осуществлено в рамках методологии, изложенной в [22, 23]. Расчет цифровой карты суммарной биомассы планктона проводился в рамках созданного автором компьютерного атласа Баренцева моря. Атлас основан на растровой модели организации данных, представляющих собой цифровые карты стандартного размера и формата, и охватывает не всю акваторию моря, а только его южную часть, ограниченную на севере параллелью 76° с.ш. (примерно по линии Полярного фронта), а на западе и востоке меридианами 20° и 5б°30' в.д. соответственно (примерные географические границы моря). Для выполнения синтетических картограмм, отражающих распределение общей биомассы планктона, обрабатывались аналитические цифровые карты биомасс фито- (лето 1983 г.), мезозоопланктона (лето-осень 1984 г.), а также численности эвфаузиид (среднее за 19531990 гг., зимняя съемка). Все указанные характеристики обобщенных биомасс планктона были взяты за так называемые теплые годы [29], так как автор в первых двух случаях более свежими данными по всему Баренцеву морю не располагал.
Цифровая растровая карта для расчетов статистических характеристик бентоса была составлена на основе данных [35] по результатам полной бентосной съемки моря, выполненной в теплые 1991-1992 гг. под эгидой ВНИИОкеангеологии и ВНИИПрироды (г. Санкт-Петербург). При обработке собранных материалов автором учитывались организмы размером >1 мм, т.е. преимущественно принадлежащие к макрозообентосу, включая некоторое количество организмов мейобентоса, например, крупных простейших (фораминиферы и др.) [35].
Сведения о биомассе фитопланктона получены из материалов последней комплексной фитопланк-тонной съемки Баренцева моря, предоставленных гидробиологической лабораторией Мурманского УГКС и прокомментированных в [28]. Данные по пространственному распределению мезо- и макрозоопланктона взяты из [8, 9, 21]. Представленные в указанных материалах картограммы-схемы были оцифрованы, а полученные цифровые растровые карты статистически обработаны. Затем были выполнены собственные компьютерные картограммы с применением настольного ГиС-приложения Агсу1е%' 3.1.
Поскольку цифровые аналитические данные в электронном атласе моря представлены в растровом формате, где элементом растра является так называемый промысловый квадрат, представляется удобным приведение данных о биомассе планктона относительно расположения и площади этих квадратов. Промысловый квадрат - это трапеция регулярной градусной сетки размером 10' х 30' по широте и долготе соответственно, принятая на Баренцевом море для ведения рыболовной статистики. С учетом сферической формы Земли размер площади трапеций градусной координатной сетки уменьшается в широтном направлении от экватора к полюсам. Рассчитанные автором площади промысловых квадратов составили от 387.4 на самой южной широте до 251.3 км2 на самой северной, со средним значением 303 км2.
Карты биомассы всего планктона (суммарную биомассу) рассчитывали путем сложения цифровых аналитических карт по трем группам организмов: фито-, мезозоопланктону и эвфаузиидам. Под общей биомассой понимали биомассу всего планктона под всей поверхностью моря в деятельном слое водной толщи (в зоне его обычного распространения). При расчетах биомассы эвфаузиид на основе данных по численности средним считали вес одной особи, равный 70 мг [8]. За величину деятельного слоя водной толщи для фитопланктона принимали слой 30, а для копепод и эвфаузиид - 50 м [11, 18]. Величину экологической эффективности, %, вычисляли как частное (результат деления) между величинами продукции смежных трофических уровней [24].
Все пользовательские картограммы строили в проекции Меркатора. Классификацию цифровых данных осуществляли при помощи встроенного в пакет Arcview 3.1. метода естественных границ. Этот метод устанавливает границы группировок по существу различий, имеющихся в данных.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Специфической чертой баренцевоморского фитопланктона является сезонная неравномерность его развития в водах различного происхождения. В целом для бассейна характерно чрезмерное обеднение видового состава с ноября по март, а с середины апреля - интенсивное нарастание количества вегетирующих видов. Аналогичная тенденция прослеживается и в динамике численности фитопланктона [7]. Зима характеризуется полным отсутствием фотосинтетической деятельности, а в весеннее - летний период все процессы жизнедеятельности планктонных водорослей проходят чрезвычайно интенсивно. Так, по данным [26] количество клеток фитопланктона в 1 м3 верхнего 20-м слоя в разгар весны может достигать 5 млрд. клеток с биомассой 1.5-2.7 г/м3. Летом фитопланктон качественно и количественно беднеет. К середине августа в эвфотической зоне атлантических вод вновь создается определенный запас минеральных солей и простых органических соединений, которые используются некоторыми диатомеями и пери-диниевыми. Это обстоятельство создает предпосылки для появления летнее-осенней вспышки численности и биомассы фитопланктона, которая следует за летней "диапаузой" (июль-начало августа) [3, 25]. Такая вспышка имела место и в весьма теплом 1983 г.
В августе-сентябре 1983 г. наиболее интенсивное развитие фитопланктона наблюдалось в струе атлантических вод западной и восточной зон моря. Результаты обработки проб показали, что в этот период 1983 г. атлантические воды были богаче фитопланктоном, чем собственно ба-ренцевоморские [28]. Это вполне согласуется с устоявшимися представлениями о сезонной динамике баренцевоморского фитопланктона.
Статистический расчет по данным цифровой карты показал, что в августе-сентябре 1983 г. средняя биомасса фитопланктона под промысловым квадратом составляла 1263.4 т, а его общая биомасса на всей выделенной площади Баренцева моря 3.58 млн. т. Уровень биомассы фитопланктона оценивается для морей: Японского - 25.8 млн. т, Охотского - 255.9, Берингова - 124.5, Каспийского - 19.5, Черного - 9.0 млн. т [20]. В подобных расчетах используются показатели средней биомассы. Величина, полученная в результате расчетов автора, несколько занижена (возможно на порядок) по сравнению с приведенными. Исходные данные со средней биомассой фитопланктона 138 мг/м3
(4.14 г/м2), положенные в основу этих расчетов, полностью согласуются с таковыми, рассчитанными самими исполнителями по первичным материалам съемки 1983 г. - 142.7 мг/м3 [28]. Это значит, что использование указанной летнее-осенней биомассы фитопланктона в качестве среднегодового показателя приводит к заниженным результатам общей биомассы.
Используемая для оцифровки картограмма состояния максимальных биомасс мезозоопланкто-на с конца мая по август 1984 г. [25] соответствует среднемноголетним значениям. Обычно в западной части моря прогрев вод и весеннее-летнее развитие зоопланктона наступают раньше, чем в восточной, поэтому к августу поверхностные воды западной части моря становятся беднее планктоном из-за его опускания, а в восточной (к востоку от Кольского мериди
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.