Расчет продукции почвенных водорослей

Во всех случаях определения биомассы водорослей учету подвергается лишь одномоментная масса, и не складывается представления о подлинной массе органического вещества, образуемого водорослями за вегетативный период. Установление величины продукции почвенных водорослей сопряжено с большими трудностями. Неизвестны величины скорости воспроизведения водорослей в почве и количество образованных ими органических прижизненных выделений. Нет разработанных методов для учета выедания водорослей различными альгофагами. Поэтому о размерах накапливаемой водорослями продукции можно судить только по косвенным данным.

Для микроскопических водорослей с их быстрым темпом развития основой определения годичной продукции стал ежедневный учет биомассы и численности, показавший значительные колебания этих величин (Домрачева, 1974; Хазиев, Кабиров, 1986). Суммирование достоверных прибавок биомассы ото дня ко дню дает показатель, рассматриваемый как продукция, подобно тому, как это принято при вычислении продукции у микроорганизмов (Аристовская, 1972). Величина, вычисляемая суммированием статистически достоверных приростков биомассы, является заниженной, поскольку не учитывается выедание водорослей почвенными животными, прижизненные выделения водорослей. Это скорее всего первичная продукция.

При наличии макроскопических разрастаний определение величины продукции почвенных водорослей проводится при помощи регулярного сбора поверхностных разрастаний. На постоянной площадке несколько раз за вегетативный сезон проводится сбор пленок, корочек, слоевищ, отдельных колоний, видимых невооруженным глазом. Затем определяют биомассу собранного материала взвешиванием или озолением. Суммируя полученные значения биомассы с определенной площади за определенный период времени, получают величину продукции водорослей.

Метод определения скорости накопления органического вещества водорослей в поверхностных разрастаниях состоит в следующем. Вырезают небольшие участки из собранных корочек, доводят их до воздушно-сухого состояния, раскладывают на мембранных фильтрах и взвешивают. Затем помещают в чашку Петри с песком или фильтровальной бумагой и увлажняют. Чашки Петри инкубируют на свету, поддерживая установленную влажность. После экспозиции фильтры с водорослями вновь высушивают и взвешивают. По разности веса до и после инкубации на свету рассчитывают количество вновь синтезированного органического вещества. По приросту органического вещества при культивировании корочек можно судить о сравнительной потенциальной продуктивности ценозов почвенных водорослей, образующих поверхностные разрастания.

Показателем динамичности биомассы является ее оборачиваемость. В течение вегетационного сезона биомасса почвенных водорослей неоднократно обновляется. Одним из показателей оборачиваемости биомассы служит время генерации (время, необходимое для удвоения числа клеток. Время генерации почвенных водорослей в различных почвах колеблется от 3 до 11 ч (Перминова, 1980).

Существуют попытки определить время оборота и скорость обновления биомассы водорослей в почвах (Кабиров, 1981)

где Т - время оборота биомассы, сутки; Б - среднее значение биомассы за период наблюдения, кг/га; К - срок наблюдения, сут; П - величина продукции за период наблюдения, кг/га. Зная величину и время оборота биомассы водорослей, рассчитывают среднюю скорость обновления ее в почве С = Б/Т, где С - средняя скорость обновления биомассы за период наблюдения, кг/га; Т - время оборота биомассы, сут. С = Ц/К, где П - продукция за время наблюдения, кг/га; К - время наблюдения, сут (Штина, 1984). Скорость накопления (обновления) биомассы водорослей в разных почвах колеблется в разных пределах (табл. 7).

Таблица 7. Показатели продукции водорослей разных почв (Штина, 1984)

Определение продуктивности водорослей проводят по скорости фотосинтеза. Об интенсивности накопления органического вещества можно судить по скорости фотосинтеза. Суть метода заключается в пропускании потока воздуха над образцами и определение интенсивности фотосинтеза по разности концентраций диоксида углерода до и после эксперимента (Хит, 1972). В природных условиях измерение концентрации диоксида углерода производят по поглощению CO₂ гидроксидом бария с последующим титрованием избытка щелочи 0,1Н раствором соляной кислоты (1 мл 0,1Н раствора барита связывает 1,119 мл CO₂) (Амуди, Вахрушев, 1983). Почвенный образец экспонируется в стеклянной камере емкостью 1 л в течение 1 ч. Исходную концентрацию диоксида углерода определяют в камерах, свободных от образцов. Интенсивность фотосинтеза рассчитывают по формуле:

где v - интенсивность фотосинтеза, мг CO₂ на 1 см² поверхности почвы за 1 ч; с₁ - количество диоксида углерода в начале эксперимента, мл; с₂ - количество диоксида углерода в конце эксперимента, мл; S - площадь почвенного образца, см².

Существует метод (Вахрушев, Резник, 1980; Маругин, Резник, 1983), который заключается в определении скорости фиксации CO₂ почвенными водорослями с помощью газовой хроматографии.

Измерение скорости поглощения CO₂ образцами проводят в проточной экспозиционной камере, состоящей из чашки Петри, прозрачной пластинки с выполненными в ней каналами для прохождения продуваемого воздуха, кольцеобразной резиновой прокладки и прижимных винтов для герметизации внутреннего объема камеры. Камера погружается в термостат, имеющий прозрачные стенки. Дозировка продуваемого через камеру воздуха осуществляется перистальтическим насосом. После камеры поток воздуха направляется в хроматограф. Пропуская в камере над поверхностью почвенного образца поток воздуха, устанавливают скорость фиксации CO₂. Количество диоксида углерода (в объемных процентах) определяют по площади пика на хроматограмме. Расчеты проводят по формуле:

где v - скорость поглощения или выделения CO₂, мг/мин; С - разность между концентрациями диоксида углерода в воздухе до и после прохождения воздуха через камеру, объемные проценты; v_I - скорость потока продуваемого воздуха, мл/мин; d - плотность CO₂, мг/мин при температуре и давлении опыта.

Существенный недостаток метода заключается в том, что не учитывается количество CO₂, выделяющееся из образца в процессе его инкубирования за счет дыхания гетеротрофных организмов и биохимического разложения органического вещества.