Научная статья на тему 'Роль мейобентоса в трансформации веществ и энергии в морских экосистемах'

Роль мейобентоса в трансформации веществ и энергии в морских экосистемах Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
514
101
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Гальцова В. В., Кулангиева Л. В., Павлюк О. Н., Рябченко В. А.

Структура отдельных блоков морской донной экосистемы, первоначально выделенных как размерные категории бентоса, макро­, мейо­ и микробентос, характеризуются также своей таксономической и хорологической определенностью. В работе подробно обсуждается роль бентосных организмов в трансформации различных форм органического вещества. Особое внимание в этом процессе уделено мейобентосу одному из центральных компонентов бентосных экосистем. Анализ многообразных связей между различными блоками позволяет говорить об их функциональном единстве, в основе которого лежат потоки веществ и энергии, проходящие через них. Для описания основных процессов трансформации различных форм органического вещества через компоненты морских донных экосистем нами предложена концептуальная модель.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Гальцова В. В., Кулангиева Л. В., Павлюк О. Н., Рябченко В. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Role of meiobenthos in transformation of matter and energy in marine ecosystems

The structure of individual blocks of marine benthic ecosystem, originally defined as size categories of benthos, macro­, meio­ and microbenthos, is characterized by taxonomic and chorologic definiteness. Role of benthic organisms in the transformation of different forms of organic matter is discussed in detail. In this process particular attention is given to meiobenthos as one of the main components of benthic ecosystems. The analysis of various relations among the blocks suggests their functional unity based on the flows of matters and energy passing through them. A conceptual model is suggested for the description of basic processes of transformation of different forms of organic matters by the components of marine benthic ecosystems.

Текст научной работы на тему «Роль мейобентоса в трансформации веществ и энергии в морских экосистемах»

Известия Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра 2001 Том 128

В.В.Гальцова1, Л.В.Кулангиева1,

О.Н.Павлюк2, В.А.Рябченко3 (1Зоологический институт РАН, Санкт-Петербург; 2Институт биологии моря ДВО РАН, Владивосток; 3Институт океанологии им. Ширшова РАН, Санкт-Петербург)

РОЛЬ МЕЙОБЕНТОСА В ТРАНСФОРМАЦИИ ВЕЩЕСТВ И ЭНЕРГИИ В МОРСКИХ ЭКОСИСТЕМАХ

Мейобентос как структурно-функциональный блок донной экосистемыi

Впервые представление о трех размерных категориях бентоса было введено Мэр (Mare, 1942). Поводом послужили различия в методике сбора и обработки организмов из грунта. Согласно Мэр, к мейобентосу относятся животные, проходящие через сито с ячеей 1х1 мм и задерживающиеся на сите 0,1 х 0,1 мм. Организмы, проходящие через последнее сито, принадлежат к микробентосу, задерживающиеся на первом - к макробентосу. Позднее сформировались понятия о таксономической определенности этих категорий. Дальнейшее изучение условий существования бентосных животных привело к заключению, что выделенные Мэр категории бентоса не являются случайными наборами организмов, объединяемых только по размерному или таксономическому признаку. Эти блоки бентосных сообществ представляют собой естественные комплексы организмов, каждый из которых приспособился к специфическим условиям существования на дне моря (Schwinghamer , 1981; Warwick , 1984; Гальцова, 1991).

Один из авторов настоящей статьи в монографии (Гальцова, 1991), посвященной экологии морского мейобентоса, приходит к выводу, что организмы мейобентоса имеют идеальную морфологическую приспособленность к среде обитания и наиболее полно используют имеющиеся ресурсы. В процессе эволюции происходило взаимное приспосабливание животных друг к другу. По мнению автора, мейобентос можно уподобить хорошо отлаженному механизму, в котором каждый элемент занимает строго определенное место, несет совершенно определенную функциональную нагрузку и вся его работа в большой степени зависит от согласованного взаимодействия отдельных блоков. Иными словами, мейобентос следует рассматривать как эволюционную категорию бентоса, сложившуюся под влиянием совместного обитания животных, в динамической среде морских осадков, в капиллярной системе ходов ограниченного объема. По нашему мнению, это утверждение справедливо в отношении не только мейобентоса, но и других составляющих бентосной экосистемы.

В связи с разработкой концепции трех блоков бентосных сообществ очень важными, на наш взгляд, представляются исследования И.В.Бур-ковского с соавторами (Бурковский, 1992; Burkovsky et а!., 1994), в которых, в частности, отмечается, что различия в масштабах пространственной гетерогенности приводят к тому, что в пределах внешне однородного биотопа каждая из размерных группировок имеет свою хорологическую структуру. При общем наборе основных факторов среды, определяющих состав и количественное распределение отдельных сообществ, для каждого блока бентоса характерен свой пространственно-временной масштаб действия этих факторов (рис. 1). В то же время, как отмечает И.В.Бурковский (1992), независимые хорологически, разные размерные блоки бентоса представляют собой функциональное единство. Эти блоки объединяются потоками вещества и энергии в пределах единой экосистемы.

Рис. 1. Насыщенность биологического пространства и времени для макро-, мейо- и микробен — тоса (по Бурковскому, 1992, с нашими добавлениями)

Fig. 1. Saturation of biological space and time for macro- , meio- and micro — benthos (after Burkovsky (Бурковский, 1992) with our additions)

Роль двух блоков бентоса (макро- и микробентоса) в донных сообществах освещена в литературе достаточно полно. Что же касается мейо-бентоса, то, несмотря на то что он занимает одно из центральных мест в бентосных пищевых сетях, до сих пор отсутствует удовлетворительная оценка его роли в круговороте веществ и потоке энергии. Весомость вклада, вносимого мейобентосом в энергопоток экосистемы, можно проиллюстрировать следующим примером (рис. 2). Сравнение количественных характеристик макро-, мейо- и микробентоса на приливно-отливных пляжах и в верхней сублиторали в различных районах Мирового океана показывает, что по биомассе, как правило, наиболее обилен макробентос. На высокоэнергетических прибойных пляжах основную биомассу бентоса могут образовывать бактерии и микрофитобентос. Мейобентос представлен самыми низкими количественными показателями. Если же сравнить энергетические характеристики трех блоков бентоса, то легко убедиться, что величина годовой продукции мейобентоса сопоставима с таковой макробентоса. При этом прослеживается тенденция увеличения относительного вклада, вносимого мейобентосом в суммарную продукцию бентоса, с продвижением от высоких широт к низким. Это происходит за счет возрастания скорости оборота живого вещества и увеличения числа генераций в год у мейобентосных животных с повышением температуры морской воды. Например, свободноживущие нематоды умеренных и теплых широт имеют скорость оборота (Р/В) в 20-30 раз выше, чем макробентос тех же биотопов. Число генераций макробентосных животных также несколько возрастает с повышением среднегодовой

46

температуры, однако оно никогда не может достигать значений, характерных для мейобентоса. Что касается трат на энергетический обмен, то, как подчеркивает Фенхель (Fenchel, 1978), на долю микро- и мейобентоса приходится до 40 % общего метаболизма бентосных сообществ, при этом мейобентос может вносить до 25-30 % в общий энергетический бюджет.

{ESS3 Макробентос |

Щ Мейобентос > | Продукция

|j|l.1||| Микробентос I

Рис. 2. Соотношение биомассы (B) и продукции (P) макро-, мейо- и микробентоса на различных акваториях Мирового океана: I — литораль Белого моря (Гальцова, 1991); II — песчаная сублитораль Северного моря (Gerlach, 1978); III — открытое побережье южной Африки (Koop, Griffiths, 1982)

Fig. 2. The ratio of biomass (B) and production (P) for macro-, meio- and mi — crobenthos in différent régions of the World Ocean: I — intertidal area of the White Sea (Гальцова, 1991); II — sandy subtidal area of the North Sea (Gerlach, 1978); III — open shore of South Africa (Koop , Griffiths ,1982)

Принимая во внимание сказанное, нам представилось весьма важным более подробно оценить роль мейобентоса в трансформации веществ и энергии в морских экосистемах. В этой связи предстояло:

— изучить структуру отдельных блоков бентоса и связи, существующие между этими блоками;

— выяснить, каковы основные пути перемещения органического ве — щества по пищевым сетям и какова роль мейобентоса в его утилизации;

— формализовать имеющуюся информацию для построения мате — матических моделей, описывающих процессы трансформации веществ и энергии в морских экосистемах.

Органическое вещество и его трансформация в бентали и пелагиали

Говоря о превращении органического вещества в морских экосис — темах, полезно более подробно остановиться на его различных формах в пелагиали и бентали, на путях трансформации органики и участии в этом процессе живых организмов.

Деление органического углерода на взвешенное (ВОВ) и раство — ренное органическое вещество (РОВ) производится на основе размера пор фильтра (около 1 мкм). Правомерность произвольного разделения органического вещества на растворенное и взвешенное вызывает справедливые сомнения. Непрерывное распределение размеров включает микроскопические, субмикроскопические и коллоидные частицы, размер которых находится в диапазоне 10—3 —103 мкм. Однако несмотря на это,

47

все же удобнее рассматривать ВОВ и РОВ в морской воде как функциональное разделение органического материала. Это объясняется существованием определенного различия (как с точки зрения микроскопического исследования морской воды, так и для многочисленных организмов-сесто — нофагов) между тем, что можно и чего нельзя увидеть или отфильтровать. В аналитических исследованиях это различие в основном выражается в том, что все, превышающее в диаметре 1 мкм, относится к ВОВ.

Органические частицы, взвешенные в морской воде, весьма трудно разделить на живые и мертвые. Живой компонент ВОВ состоит главным образом из фитопланктона и бактерий. Неживые взвешенные частицы в море рассматриваются как детрит. Детрит делится на неорганический и органический, или биодетрит. Частицы детрита с поселившимися на их поверхности микроорганизмами часто называют "органическими агрегатами". Такие агрегаты имеют желто-коричневый цвет, их максимальный размер составляет 30-50 мкм.

Растворенное органическое вещество по своему составу может быть разделено на две основные категории в зависимости от биологической активности. Вещества первой группы (лабильная органика) присутствуют в низких концентрациях из-за быстрого разложения в результате гетеротрофной активности. К этой группе относятся моносахариды, аминокислоты, ацетаты, соединения цикла трикарбоновых кислот. Вторая группа веществ (полулабильная и стойкая органика) представляет собой трудноразложимые вещества, которые составляют основную массу общего органического углерода, растворенного в морской воде. Они представлены высокомолекулярными полимерами (лигнины, гуминовые кислоты и белки).

В морских осадках органическое вещество также существует в растворенном и нерастворенном состояниях. В детрите морских осадков наряду с легкоусвояемыми фракциями присутствуют гуминовые кислоты, стойкие к биохимическому разложению. Они нерастворимы в щелочах и кислотах и относятся к нерастворимым осадкам. Такие стабильные компоненты могут составлять от 30 до 50 % общего количества органического вещества в осадках, и доля этих компонентов возрастает с глубиной, указывая на их накопление в осадках. Высокое относительное содержание гуминоподобных веществ может объяснить часто наблюдаемое отсутствие корреляции между общим содержанием органического вещества и биомассой донной фауны.

Представление о путях трансформации органического вещества в придонном слое пелагиали и в бентали дает схема его основных потоков в бентосной экосистеме (рис. 3). Органическое вещество из придонного слоя в виде детрита и в растворенной форме попадает на дно. Большую часть растворенной органики в поровой воде осадков составляют сахара (глюкоза, галактоза, сахароза) и свободные аминокислоты, являющиеся продуктами метаболизма бактерий или растений. Концентрация этих веществ в поровой воде часто на один-два порядка величин выше, чем в придонном слое. Затем РОВ освобождается из осадка и переходит в толщу воды. Обычно медленная диффузия усиливается при увеличении гидродинамической активности (шторм, течение, волнение), а также при био-турбации осадка мейо- и макробентосными животными (Cullen, 1973; Aller, Aller, 1992). Несмотря на обменные процессы, концентрация РОВ в осадке по сравнению с открытой водой остается весьма значительной. Это объясняется тем, что бенталь более плотно населена животными, нежели пелагиаль, следовательно, обменные процессы, в том числе выделение, протекают там более интенсивно (Gerlach et al., 1985). Кроме того, час-

48

тицы осадка с их относительно большой поверхностью и сильной адсорбционной способностью удерживают РОВ в поровой воде осадка. Растворенная в поровой воде низкомолекулярная органика является источником пищи для различных донных беспозвоночных, в первую очередь для морского мейобентоса. РОВ часто поглощается мейофауной трансэпидермально. Этот путь потребления РОВ характерен для мягкотелых мелких животных с относительно большой поверхностью тела (Jorgensen, 1977; Sepers, 1977; Stewart, 1979; Tempel, Westheide, 1980; Ferguson, 1982; Gomme, 1982; Stephens, 1982). Среды с высокой концентрацией РОВ могут быть и опосредованно привлекательными для мейобентоса, поскольку РОВ интенсивно потребляется бактериями (Moriarty, 1980), служащими пищей для многих видов мейобентоса.

Рис. 3. Основные пути перемещения органического вещества в бентосной экосистеме

Fig. 3. Main ways of the transfer of organic matter in benthic ecosystem

Основными потребителями детрита в донных экосистемах являются избирательные и неизбирательные детритофаги макро- и мейобентоса. В результате их жизнедеятельности, во-первых, происходит минерализация органического вещества (на схеме не показано), во-вторых, выделяются продукты метаболизма в виде растворенных и твердых (фекалии и псевдофекалии) органических веществ, которые в той или иной форме присутствуют в донных осадках. Основные потребители взвешенной и растворенной органики из придонного слоя воды - это сестонофаги макробентоса. Продуктами их метаболизма обогащаются придонные воды и бенталь.

Большая часть детрита, находящегося в осадке, как на мелководье, так и на больших глубинах, образуется из планктонных организмов (Riedl, 1971; McLachlan, 1989). Кроме того, одним из важнейших источников детрита, образующегося на мелководье на хорошо освещенном дне, являются разлагающиеся бентические макроводоросли и морские травы (Novak, 1989; Blanchard, 1991). На растительных остатках активно развиваются колонии бактерий, участвующих в их разложении. Бурное развитие детритно-бактериального комплекса и высокая концентрация РОВ

способствуют тому, что через относительно короткое время происходит увеличение количественных показателей и разнообразия мейофауны (Graf et al., 1982; Thiel et al., 1988/89; Fleeger et al., 1989; Lambshead, Gooday, 1990). В свою очередь мейофауна участвует в разложении растительных остатков (Giere , 1975; Montagna et al. , 1989; Rieper-Kirchner, 1989; Warwick, 1989; Alkemade et al., 1992).

Трофические и иные связи между блоками бентосной системы

Между мейобентосом и остальными размерно-функциональными блоками бентосной системы существуют весьма сложные взаимоотношения. Рассмотрим структуру отдельных блоков бентосной системы и связи, существующие между ними (рис. 4).

Макробентос

Г \ г ■’ f Л

Неи?6ирэ- Иuüпри гель-

тслыше НЫС Сесгипшрагм У!II 1.1 H U kill

ДРфШ шрагм PLripMinqim и

v j \ У \ ^

а

Мфйо£внтоо

f Л

Нсизвира TAflhllMC И □ UII р U Т Ü Л L. 11Ы.Г ■Т'ииклбнивв ТСЛи" Хнщннжн

детрмтофагн аетритофиш

V V J V J V J

ШШ-

(

РОВ ВОВ

V J к. )

Органическое

вещество

f N

Микробектос

г \ f 'I

Пяктерыи ■РитоЁентпс Прпгигии.шг

L J L J L J

- J

Рис. 4. Трофические связи в бентосной экосистеме Fig. 4. Trophic relations in benthic ecosystem

Макробентос подразделяется на следующие основные трофические группировки: неизбирательные детритофаги, избирательные детритофаги, сестонофаги и хищники. Неизбирательные детритофаги — это главным образом инфауна, обитающая в толще грунта. Представители этой группы макробентоса безвыборочно заглатывают грунт с находящимся в нем детритом, микро- и мейобентосом. Энергетическая ценность такой пищи невелика. Для обеспечения жизненных потребностей организма ему следует пропустить через кишечник значительное количество грунта. Ин —

фауна играет большую роль в биотурбации осадков. Вторую группу составляют избирательные детритофаги. Они собирают разлагающиеся органические остатки с поверхности грунта. Частично в их пищевой рацион попадают и мейобентосные организмы. Третью группу образуют сестонофаги, которые могут в пассивном (фильтраторы) или активном (седиментаторы) режиме пропускать воду через полость тела, отцеживая все, что взвешено в придонном слое воды или в интерстициали. Эта группа утилизирует значительную часть детрита, взвешенного в воде, а также растворенную органику. В цедильные аппараты и ловушки сестонофагов может в большом количестве попадать мейобентос. И наконец, последнюю трофическую группу макробентоса составляют хищники, питающиеся в основном живой добычей. Их роль в трансформации растворенной органики и детрита в бентосных системах минимальна.

Взаимоотношения между макро- и мейобентосом не ограничиваются одними лишь трофическими связями. В состав мейобентоса входит особая категория - псевдомейобентос, представляющая собой ювенильные стадии макробентосных животных, укладывающиеся в размерный диапазон мейобентоса и ведущие образ жизни, сходный с таковым постоянного компонента мейофауны - эвмейобентоса. Между псевдо- и эвмейобентосом существуют напряженные конкурентные отношения, в том числе и трофические.

Между макро- и микробентосом связи не столь очевидны и непосредственны, связующим звеном между ними выступает мейобентос.

Микробентос включает в себя бактерий, микрофитобентос и простейших. Бактерии составляют наиболее многочисленную часть микробентоса и играют наиболее заметную роль в процессах, происходящих в бентосных экосистемах. Бентосных бактерий принято разделять на две группы: свободноподвижные и прикрепленные, т.е. ассоциированные с детритом, причем биомасса прикрепленных бактерий в бентали на порядок превосходит биомассу свободноподвижных, тогда как в пелагиали эти величины сопоставимы. Пространственное распределение бактерий в осадке обусловлено многими факторами: количество органического вещества, гранулометрический состав грунта, степень открытости района и т.д. (Fenchel, Riedl, 1970; Yingst, Roads, 1980). Даже в микроскопическом масштабе распределение бактерий далеко не равномерно. Местами плотность поселений может достигать колоссальных значений. Например, 1 мм2 песчаных зерен может быть заселен 260 тыс. бактериальных клеток (Anderson, Meadows, 1969). Для роста бактериальных колоний благоприятным является теплый климат (или сезон). В умеренных областях пик численности бактерий приходится на лето. Как для лета, так и для весны характерно экстенсивное развитие бактериального мукуса (тяжей), который служит пищей для детритофагов.

Особого внимания заслуживает рассмотрение вопроса о превращениях азота в морских осадках и об участии бактерий в этом процессе. В морской воде и океанических осадках азот находится в виде органических соединений (белков, пептидов, аминокислот, нуклеиновых кислот), минеральных соединений (NH3, NO3-, NO2-), растворенных газов (N2, N2O). Органические формы азота преобладают над неорганическими. Большая часть азота находится в илах и во фракции РОВ морской и интерстициальной воды. В частности, в осадках и в РОВ содержится до 5,0-5,5 % органического азота, в ВОВ морской воды - не более 3 %. На схеме (рис. 5) представлена трансформация азота в бентали. Она осуществляется в результате жизнедеятельности донных бактерий. Количество бактерий, населяющих донные осадки, на три-четыре порядка

51

величин больше, чем в придонном слое воды. Отсюда понятна важная роль донных бактерий в трансформации азотсодержащих соединений. Особо следует отметить, что в процессе жизнедеятельности бактерии выделяют ферменты, которые ускоряют разложение органических веществ (белков и полисахаридов) до низкомолекулярных соединений, которые служат одним из важных источников питания (в виде РОВ) для многих гетеротрофных бентосных организмов, в первую очередь для микро-и мейобентоса. По концентрации азота в органических соединениях можно судить о потенциальной пищевой ценности детрита и РОВ в бентосных экосистемах.

Рис. 5. Круговорот азота в бентосной экосистеме

Fig. 5. Nitrogen cycle in benthic ecosystem

Мейобентос, подобно макробентосу, также содержит несколько трофических группировок. У свободноживущих нематод, например, различают следующие группировки: избирательные и неизбирательные дет-ритофаги, "соскабливатели" и хищники. Избирательные и неизбирательные детритофаги в качестве пищи используют в основном разноразмерные частицы детрита. "Соскабливатели" питаются преимущественно бактериально-водорослевой пленкой, покрывающей частицы осадка. Среди мейобентосных организмов есть также и хищники. Строго говоря, узкой пищевой специализации среди представителей мейофауны не существует. Пищевой спектр мейобентосных животных составляет детрит, связанные с ним бактерии, фитобентос, живая добыча. Практически все мейобентосные организмы способны к транскутикулярному потреблению растворенной в воде органики. Использование того или иного пищевого источника зависит лишь от того, имеется ли он в достаточном количестве. Среди перечисленного наибольшую роль в питании мейо-бентоса играет потребление детрита, растворенной органики и бактерий (Gerlach, 1978).

Между микро- и мейобентосом существуют сложные связи. Распределение мейобентосных животных в пространстве в большой мере определяется распределением детритно-бактериального комплекса (Yingst,

Rhoads, 1980). В свою очередь содержимое органических остатков и бактериальной биомассы тесно связано (Jorgensen et al., 1981). Следует отметить также большую роль бактерий в разложении фекалий и псевдофекалий макро- и мейобентоса. Мидоуз и Тейт (Meadows, Tait, 1985) обнаружили, что количество бактерий в фекальных пеллетах на несколько порядков величин выше, чем в окружающем глубоководном осадке. В экс -периментах, однако, было показано, что детритоядная мейофауна в основном утилизирует бактериальную пленку, а не детритный субстрат (Fenchel, 1969, 1970; Hargrave, 1972; Meyer-Reil, Faubel, 1980).

Мейобентосные организмы могут воздействовать на микрофлору по нескольким направлениям: 1 - разрушая частицы детрита, мейобен-тосные животные увеличивают поверхность, на которой селятся бактерии; 2 - продукты метаболизма мейобентоса могут стимулировать рост бактериальных колоний; 3 - при рытье ходов мейобентосные животные могут способствовать возникновению вертикальных потоков биогенных веществ, которые также вызывают усиление биохимической активности микроорганизмов (Tietjen, 1980). Следовательно, мейобентос играет заметную роль не только в прямой утилизации детрита и РОВ, но также и в деструкции органического вещества в донных экосистемах, что проявляется косвенно, через регулирование состава микрофлоры и ускорение роста бактериальных колоний.

Таким образом, бентические сообщества можно представить себе как совокупность трех блоков с относительно независимой структурой, состоящих из различных относительно дискретных размерных групп и организмов (Burkovsky et al., 1994). Эта дискретность определяется количеством физиологических лимитирующих факторов, определяющих размеры тела (Schwinghamer , 1981; Warwick , 1984).

Будучи хорологически независимыми, бентосные группы представляют собой функциональное единство. Они связаны потоками вещества и энергии через экосистему. Так, для макробентоса интегральный результат деятельности всего микро- и мейобентоса представляется весьма существенным. Мелкие организмы также способны замечать результаты жизнедеятельности отдельных видов макробентоса, отвечая на их присутствие изменением популяционных характеристик. Во всех блоках взаимодействия осуществляются на всех уровнях: индивидуальном, популяционном, ценотическом. Однако роль биоценотических взаимоотношений наиболее велика, особенно при формировании и функционировании бентосных сообществ.

Концептуальная модель морской бентосной экосистемы

В настоящее время все большее число исследователей предпринимает попытки описания процессов, происходящих в реальных водных экосистемах (как пелагических, так и бентосных), посредством методов математического моделирования. При этом в модельном описании бен-тосной экосистемы существует два подхода: а) описание круговорота органического вещества без учета или с неявным учетом функционирования бентосных организмов (Savchuk, Wulff, 1996; Anderson, Williams, 1998; Tamsalu, 1998); б) детальное описание бентосной экосистемы, включающее большинство групп бентосных организмов, а также растворенное органическое вещество (РОВ), детрит и биогены (Ebenhoh et al., 1995).

Предлагаемая ниже концептуальная модель занимает промежуточное положение между названными группами моделей, совмещая их достоинства: с одной стороны, она настолько детальна, что позволяет описать

основные взаимодействия в бентосной экосистеме, с другой стороны, достаточно проста для ее объединения с моделями пелагической экосистемы.

Переменными модели являются четыре группы организмов: макробентос (F), мейобентос (M), свободноподвижные (B1) и прикрепленные (B2) бактерии, а также детрит (D), лабильное (L) и полулабильное (S) органическое вещество, биогены. В качестве последних рассматриваются суммарный неорганический углерод C (сумма концентраций карбонатного и бикарбонатного ионов и растворенного CO2) и суммарный неорганический азот N (сумма концентраций нитратов, нитритов и аммония). Отношение N:C предполагается постоянным и известным для живых организмов (мейобентоса, макробентоса и бактерий). Для детрита, лабильного и полулабильного РОВ оно неизвестно и должно быть определено; поэтому каждый из трех названных компонентов подразделяется на две составляющие (углеродную и азотную), описываемые независимо. Временные масштабы интересующих нас процессов (сезонная и межгодовая изменчивость) не превышают 100 лет, и поэтому мы исключаем из рассмотрения устойчивую часть РОВ, имеющую на порядок больший характерный временной масштаб. С учетом описанных особенностей взаимодействие между компонентами предлагаемой концептуальной модели может быть представлено, как показано на рис. 6.

Содержание потоков, связывающих отдельные компоненты экосистемы, раскрывается в подписях к рис. 6. Каждый из них должен быть параметризован, т.е. выражен в виде функциональной зависимости от переменных модели. Параметризация, а также выбор значений постоянных параметров модели остаются делом будущего. Концептуальная модель с успехом может быть использована для описания круговорота органического вещества, с учетом функциональной роли основных бен-тосных блоков.

Настоящая работа выполнена при поддержке гранта INTAS № 961917.

Литература

Бурковский И.В. Структурно-функциональная организация и устойчивость морских донных сообществ. — М.: Изд-во МГУ, 1992. — 208 с.

Гальцова В.В. Мейобентос в морских экосистемах на примере свободно — живущих нематод: Тр. ЗИН АН СССР. — 1991. — Т. 224. — 240 с.

Aller R.C., Aller J.Y. Meiofauna and solute transport in marine muds. Limnol // Oceanogr. — 1992. — Vol. 37. — P. 1018—1033.

Alkemade R., Wielemaker A., Hemminga M.A. Stimulation of decomposition of Spartina anglica leaves by the bacterivorous nematode Diplolaimelloides bruciei (Monhysteridae) // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. — 1992. — № 159. — P. 267 — 278.

Anderson J.G., Meadows P.S. Bacteria on intertidal sand grains // Hydrobiol.

— 1969. — Vol. 33. — P. 33 — 46.

Anderson T.R., Williams P.J.B. Modelling the seasonal cycle of dissolved organic carbon at Station E1 in the English Channel // Estuarine , Coastal and Shelf Science. — 1998. — Vol. 46. — P. 93—109.

Blanchard G.F. Measurement of meiofauna grazing rateson microphytobenthos

— is primary production a limiting factor // J. Exp. Mar. Biol. Ecol. — 1991. — № 147. — P. 37 — 46.

Burkovsky I.V., Azovsky A.I., Mokiyevsky V.O. Scaling in benthos: from mi — crofauna to macrofauna // Arch. Hydrobiol. — 1994. — Suppl. 99, № 4. — P. 517 — 535.

Cullen D. Bioturbation of superficial marine sediments by interstitial meiob — enthos // Nature. — 1973. — № 242. — P. 323 — 324.

Ebenhoh W., Kohlmeier C., Radford P.J. The benthic biological submodel in the european regional seas ecosystem model // Netherlands Journal of Sea Research. — 1995. — Vol. 33 (3/4). — P. 423 — 452.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Fenchel T. The ecology of marine microbenthos. IV. Structure and function of the benthic ecosystem , its chemical and physical factors and the microfauna communities with special reference to the ciliate Protozoa // Ophelia. — 1969. — № 6.

— P. 1 — 182.

Fenchel T. Studies on the decomposition of organic detritus derived from the turtle grass Thalassia testudinum. Limnol // Oceanogr. — 1970. — Vol. 15. — P. 14 — 20.

Рис. 6. Концептуальная модель морской бентосной экосистемы. Стрелками показаны связи между модельными переменными, обусловленные следующими процессами: GMB1, GMB2, GMD, GML, GMS — поедание мейобентосом бактерий, детрита, лабильного и полулабильного РОВ; GFM, GFB1, GFB2, GFD, GFL, GFS — поедание макробен — тосом мейобентоса, бактерий, детрита, лабильного и полулабильного РОВ; U1L, U2L — потребление бактериями лабильного РОВ; US — разложение полулабильного РОВ до лабильного; UD — разложение детрита в лабильное (доля 82) и полулабильное (доля 1-82) РОВ; R, RB2, Rm, Rf — экскреция и дыхание бактерий, мейобентоса и макробентоса; DeM, DeF — образование детрита в результате естественной смертности и фекальных выделений мейобентоса и макробентоса; фGF — образование лабильного (доля 81) и полулабильного (доля 1-81) РОВ в процессе питания мак — робентоса; ф — постоянная, примерно равная 0,1

Fig. 6. Conceptual model of the marine benthic ecosysytem. Arrows show links between model variables determined to the following processes: GMB1, GMB2, GMD, Gml, Gms — consumption by meiobenthos of bacteria, detritus, labile and semilabile dissolved organic matter (DOM); GFM, GFB1 , GFB2, GFD , GFL , GFS — feeding by macrobenthos on meiobenthos, bacteria, detritus, labile and semilabile DOM; U1L, U2L — uptake by bacteria of labile DOM; US — biodegradation of semilabile DOM to labile one; UD — biodegradation of the detritus to the labile (content S2) and semilabile (content 1-S2) DOM; RB1, RB2, Rm, Rf — excretion and respiration of bacteria, meiobenthos and mac — robenthos; DeM, DeF — detritus formation as a result of natural mortality and feces excretion of meiobenthos and macrobenthos; фGF — formation of labile (content S1) and semilabile (content 1-S1) DOM in the nutrition process of macrobenthos; ф — constant, about 0,1 on average

Fenchel T. The ecology of micro- and meiobenthos // Ann. Rev. Ecol. Syst.

- 1978. - № 9. - P. 99-121.

Fenchel T., Riedl R. The sulfide system: a new biotic community underneath the oxidized layer of marine sand bottoms // Mar. Biol. - 1970. - Vol. 7, № 3. -P. 255-268.

Ferguson J.C. A comparative study of the net metabolic benefits derived from the uptake and release amino acids by marine invertebrates // Biol. Bull. (Woodshole). - 1982. - Vol. 162. - P. 1-17.

Fleeger J.W., Shirley T.C., Ziemann D.A Meiofaunal responses to sedimentation from an Alaskan spring bloom. I. Major taxa // Mar. Ecol. Prog. Ser. - 1989.

- Vol. 57. - P. 137-145.

Gerlach S.A Food-chain relationships in subtidal silty-sand marine sediments and the role of meiofauna in stimulation bacterial growth // Oecologia (Berl.). -1978. - Bd. 33. - S. 55-70.

Gerlach S.A., Hahn A.E., Schrage M. Size spectra of benthic biomass and metabolism // Mar. Ecol. Prog. Ser. - 1985. - Vol. 26. - P. 161-173.

Giere O. Population structure, food relations and ecologial role of marine oli-gochaetes , with special reference to meiobenthic species // Mar. Biol. - 1975. -Vol. 31. - P. 139-56.

Gomme J. Epidermal nutrient absorption in marine invertebrates: a comparative analysis // Am. Zool. - 1982. - Vol. 22. - P. 691-708.

Graf G., Bengtson W., Diesner U. et al. Benthic response to sedimentation of spring phytoplankton bloom: process and budget // Mar. Biol. - 1982. - Vol. 67, № 2. - P. 201-208.

Hargrave B.T. Oxydation-reduction potentials, oxygen concentracions and oxygen uptake of profundal sediments in an eutrophic lake // Oikos. - 1972. - Vol. 23. - P. 167- 177.

Jorgensen B. Bacterial sulfate reduction within reduced microniches of oxidized marine sediments // Mar. Biol. - 1977. - Vol. 41, № 1. - P. 7-17.

Jorgensen N.G., Lindroth P., Mopper K. Extraction and distribution of free amino acids and ammonium in sediment interstitial water from the Limfjord, Denmark // Oceanol. Acta. - 1981. - № 4. - P. 465-474.

Koop K., Griffiths C.L. The relative significance of bacteria , meio- and macrofauna on exposed sandy beach // Mar. Biol. - 1982. - Vol. 66, № 3. - P. 295300.

Lambshead P.J.D., Gooday A.J. The impact of saesonally deposit phytodetritus of epifaunal and shallow infaunal benthic foraminiferal populations in the bathyal northeast Atlantic: the assemblage // Deep-Sea Res. - 1990. - Vol. 37. - P. 1263- 1283.

Mare M.F. A study of a marine benthic community with special reference to the microorganisms // Mar. Biol. Ass. U.K. - 1942. - Vol. 25. - P. 517-554.

McLachlan A. Water filtration by dissipative beaches // Limnol. Ocenogr. -1989. - Vol. 34. - P. 774-779.

Meadows P.S., Tait J. Bioturbation , geotechnics and microbiology at the sediment-water interface in deep-sea sediments // Proc. 19th Eur. Mar. Biol. Symp.

- Cambridge University Press, 1985. - P. 191-199.

Meyer-Reil L.-A, Faubel A. Uptake of organic matter by meiofauna organisms and interrelationships with bacteria // Mar. Ecol. Prog. Ser. - 1980. - № 3. - P. 251-256.

Montagna P. A., Bauer J.E., Hardin D., Spies R.B. Vertical distribution of microbial and meiofauna populations in sediments of a natural coastal hydrocarbon seep // J. Mar. Res. 1989. - Vol. 47. - P. 657-680.

Moriarty D.J.W. Measurement of bacterial biomass in sandy sediments // Proc. Int. Symp. Environ. Biogeochem (ISEB), 1980. - P. 131-138.

Novak R. Ecology of nematodes in the Mediterranean seagrass Posidonia oce-anica (L) Delile // I. General part and faunistics of the nematode community. PSZNI Mar. Ecol. - 1989. - № 10. - P. 335-363.

Riedl R.J. How much seawater passes through sandy beaches // Int. rev. Ges. Hydrobiol. - 1971. - Vol. 56. - P. 923-946.

Rieper-Kirchner M. Microbial degradation of North Sea macroalgae: field and laboratory studies // Bot. Mar. — 1989. — Vol. 32. — P. 241—252.

Savchuk O., Wulff F. Biogeochemical transformations of nitrogen and phos — phorus in the marine environment — Coupling hydrodynamic and biogeochemical processes in models for the Boltic Proper: Systems ecology contributions. — Stockholm University, 1996. — № 2. — 79 p.

Schwinghamer P. Characteristic size distributions of integral benthic communities // Can. J. Fish. Aquat. Sci. — 1981. — Vol. 38. — P. 1255—1263.

Sepers A.B.J. The utilization of dissolved organic compounds in aquatic environments // Hydrobiologia. — 1977. — Vol. 52. — P. 39 — 54.

Stephens G.C. Recent progress in the study of “Die Ernahrung der Wassertiere und der Stoffhaushalt der Gewasser" // Am. Zool. — 1982. — Vol. 22. — P. 611 — 619.

Stewart M.G. Absorption of dissolved organic nutrients by marine invertebrates // Ocenogr. Mar. Biol. Ann. Rev. — 1979. — Vol. 17. — P. 163—192.

Tamsalu R. (ed.). The coupled 3D hydrodynamic and ecosystem model FinEst: MERI — Report Series of the Finnesh Institute of Marine Research. — 1998. — № 35. — 166 p.

Tempel D., Westheide W. Uptake and incorporation of dissolved amino acids by the interstitial Turbellaria and Polychaeta and their dependence on temperature and salinity // Mar. Ecol. Prog. Ser. — 1980. — № 3. — P. 41—50.

Thiel H., Pfannkuche O., Schriever G. et al. Phytodetritus on the deep-sea floor in a central oceanic region of the Northeast Atlantic // Biol. ocenogr. — 1988/89. — № 6. — P. 203 — 239.

Tietjen J.H. Microbial-meiofaunal interrelationships: a review // Microbiology. — 1980. — P. 335 — 338.

Warwick R.M. Species size distribution in marine benthic communities // Oeco — logia (Berl.). — 1984. — Vol. 61. — P. 32 — 41.

Warwick R.M. The role of meiofauna in the marine ecosystem: evolutionary considerations // Zool. J. Linn. Soc. — 1989. — Vol. 96. — P. 229 — 241.

Yingst J.Y., Roads D.C. The role of bioturbation in the enhanc ement of bacterial growth in marine sediments // Marine benthic dynamics / K.R.Tenore , B.C.Coull (eds). — University of South Carolina Press, Columbia, S.C., 1980. — P. 407 — 421.

Поступила в редакцию 21.08.2000 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.