Отчету о выполнении 1 этапа Государственного контракта
Скачать 78.07 Kb.
|
АННОТАЦИЯ к научно-техническому отчету о выполнении 1 этапа Государственного контракта № 14.740.11.0638 от 05 октября 2010 г. Целью проекта является получение новых знаний о функционировании трофических цепей стратифицированных меромиктических озер и последующее использование полученных закономерностей и разработанных математических моделей для анализа динамики водных экосистем, оценки последствий антропогенных или других воздействий. Целью первого этапа выполнения НИР является обобщение и анализ данных прошлых лет, планирование и организация полевых работ, написание аналитического обзора. В задачи первого этапа входили: Анализ данных прошлых лет по сезонной динамике и вертикальному распределению компонентов трофической цепи в выбранных экосистемах (меромиктические озера Шира и Шунет) и закономерностям переноса органического вещества. Анализ необходим для разработки блок схем трофических цепей, планирования дальнейших экспериментов и отборов проб. Разработка блок схем трофических цепей различной сложности для последующего моделирования. Необходимы для разработки математических моделей и планирования экспериментов.Разработка системы подводного видеонаблюдения с лазерным детектором для автоматической регистрации частиц в размерном диапазоне 0.4 – 2 мм (зоопланктон различных размерных фракций). Система необходима для анализа вертикальных распределений зоопланктона. Кроме того, подобная система является разработкой, которая может быть запатентована и использована для широкого круга задач в мониторинге водных экосистем. В процессе первого этапа работы проводился поиск научной литературы с помощью международной базы данных публикаций Web of Science и ее последующий аналитический обзор, проводилась статистическая обработка данных по сезонной динамике и вертикальному распределению компонентов трофической цепи в меромиктических озерах Шира и Шунет, полученных в прошлые годы, выполнялся анализ структуры трофических цепей. По итогам выполнения первого этапа работы получены следующие основные результаты и можно сделать следующие выводы: - выполнен аналитический обзор мировой литературы, посвященный динамике компонентов трофических цепей в меромиктических озерах, который показал, что наиболее исследованной в экосистеме меромиктических озер является экология микробных сообществ хемоклина. В то же время абсолютно не понятна связь между продукцией микробных сообществ хемоклина и общей динамикой экосистемы и циклом углерода в масштабах всей водной толщи. Данные по вертикальным распределениям фито- и зоопланктона достаточно редки. Максимум хлорофилла чаще всего, либо совпадает с пиком развития бактериальных сообществ в хемоклине, либо наблюдается в зоне пространственных неоднородностей температуры (термоклин). Сообщества зоопланктона могут существенно отличаться как по составу, так и по численности. В зависимости от солености миксолимниона в нем могут присутствовать как ветвистоусые ракообразные, так и каланоидные копеподы. Общая тенденция такова, что с ростом солености кладоцерные сообщества сменяются на копеподидные. При этом в биомассе зоопланктона зачастую существенную роль играют коловратки. Меромиктические озера зачастую лишены хищников и это приводит к тому, что вертикальные распределения зоопланктона относительно стабильны – отсутствуют суточные миграции. Во многих меромиктических озерах наблюдается схожая картина глубинного максимума биомассы зоопланктона, чаще всего подобные распределения характерны для взрослых особей, причем такие типы распределений зафиксированы как для ветвистоусых ракообразных, так и для каланоидных копепод. Наиболее логичное объяснение подобного поведения связано с возможностью использования аноксигенной продукции хемоклина при недостатке оксигенной продукции в водной толще, особенно в конце сезона в период острого лимитирования оксигенной продукции биогенными элементами. С другой стороны немногочисленные исследования и прямые оценки показывают, что эффективность ассимиляции продукции микробного сообщества хемоклина зоопланктоном низка. Кроме того, сероводород и низкие концентрации кислорода летальны для зоопланктона. В качестве посредника между продукцией хемоклина и высшими звеньями трофической цепи в меромиктических озерах могут выступать сообщества инфузорий и флагеллят. Для ряда озер показано, что они могут формировать высокие численности в районе хемоклина и активно потреблять его продукцию. Таким образом, вопрос о связи между хемоавтротрофной продукцией хемоклина и трофической цепью оксигенной толщи меромиктических озер остается отрытым. Мало исследованной темой остается и роль бентосных сообществ в функционировании трофических цепей меромиктических озер. С одной стороны бентосное сообщество в традиционном виде в меромиктическом озере возможно лишь в литорали. С другой стороны, как показано в ряде наших работ, в меромиктических озерах традиционно бентосные виды могут переходить к планктонно-бентосному образу жизни и таким образом играть важную роль в трофической цепи. Этот вопрос также требует дальнейшего изучения. - выполнен анализ данных прошлых лет по сезонной динамике и вертикальному распределению компонентов трофической цепи в выбранных экосистемах (меромиктические озера Шира и Шунет) и закономерностям переноса органического вещества который показал, что в целом физико-химическая стратификация двух исследуемых озер различается в первую очередь из-за разницы в средней и максимальных глубинах, а также различной солености. В озере Шира, более глубоком и менее соленом водоеме, глубина хемоклина варьирует. В зависимости от погодных условий, времени года и баланса процессов продукции и деструкции органического вещества хемоклин может находиться в диапазоне глубин от 11 до 16 метров. Учитывая, что миксолимнион озера Шира достаточно глубокий и озеро окружено холмами, оксигенная толща озера в летнее время испытывает температурную стратификацию. Таким образом, в летнее время в оксигенной толще озера формируется три слоя изолированных хемоклином от монимолимниона: теплый эпилимнион, металимнион (зона, где падение температуры превышает 1oC на метр), и оксигенный гиполимнион. Такой характер стратификации водной толщи озера Шира приводит к закономерной стратификации в распределении биологических компонент. Хемоклин озера, как и многих меромиктических озер, населен бактериальным сообществом, состоящим из пурпурных серных бактерий и гетеротрофных бактерий. Однако, из-за вариабельной глубины расположения хемоклина, бактериальное сообщество не достигает высоких численностей. Стратифицированный миксолимнион также создает разные ниши обитания для различных видов. Распределение фитопланктона неравномерно, с пиком биомассы в металимнионе. Распределение зоопланктона также неравномерно, с пиком биомассы коловраток и молодых копепод в теплом эпилимнионе и взрослых копепод в холодном оксигеном гиполимнионе. Зоопланктон питается преимущественно фитопланктоном. Более того, мы полагаем, что в озере Шира бактериальное сообщество хемоклина не является существенной частью трофической цепи. Амфиподы, которых можно отнести к высшему трофическому звену в экосистеме озера, также распределены неравномерно с максимумом численности в термоклине. Находясь в пелагиали, они питаются сестоном и возможно зоопланктоном, однако жирнокислотные исследования не показали следов животной пищи в их желудках. В озере Шунет хемоклин находится на глубине 5 метров и в отличие от озера Шира его позиция постоянна. Так как озеро Шунет имеет существенно меньшую среднюю глубину и миксолимнион озера недостаточно глубок по сравнению с озером Шира его температурная стратификация в летнее время редкое явление. В то же время, благодаря стабильной позиции хемоклина и относительно небольшой глубине, хемоклин населен сверхплотным бактериальным сообществом, популяцией фитофлагеллят и сообществом инфузорий. В противоположность этому в озере Шира численность фитофлагеллят и инфузорий низка и они равномерно распределены в водной толще. Так как миксолимнион озера Шунет не испытывает длительной температурной стратификации, вертикальное распределение фито- и зоопланктона также однородно. Однако амфиподы имеют тенденцию концентрироваться в узком слое шириной 1-2 метра над хемоклином. Трофические взаимоотношения в озере Шунет частично отличаются от таковых в озере Шира. Мы предполагаем, что важную роль в трофической цепи имеют бактериальное сообщество, фитофлагелляты и сообщество инфузорий населяющие хемоклин. Предположительно инфузории и зоопланктон питаются бактериями в зоне хемоклина. Также как инфузории, так и представители зоопланктона потребляют фитофлагеллят, которые вероятно способны к миксотрофному типу питания и в свою очередь потребляют бактерий хемоклина. В целом, несмотря на ряд исследований отдельных биологических звеньев в этих озерах наши знания о трофических взаимоотношениях, их интенсивности и потоках вещества и энергии крайне фрагментарны. Характер взаимоотношений между различными звеньями трофической цепи в двух озерах, их интенсивность и обоснованность высказанных выше гипотез и предполагается оценить в рамках реализуемого проекта. - разработана блок схема трофических цепей в экосистемах озер Шира и Шунет для последующего моделирования. Особенность изучаемых озер, как говорилось ранее, заключается в наличие ярко выраженных пространственных неоднородностей в распределении экосистемных компонент. Причем наиболее сильно этот момент проявляется в вертикальном плане, приводя к значительным изменениям значений концентраций биохимических компонент трофических цепей с глубиной. Дополнительная особенность выражается в том, что образующиеся вертикальные профили компонент не являются постоянными и могут трансформироваться в течение, например, летнего сезона. Это все указывает на то, что помимо трофических и прочих взаимодействий внутри экосистемы существенными в формировании состояния водоемов являются гидрофизические процессы – диффузия и оседание под действием гравитационной силы. Поэтому будущая модель обязательно должна учитывать в своих уравнениях возможность описания гидрофизики водоемов, а блок-схема рассматривает моделируемые компоненты не в виде «точки в безразмерном пространстве», а обязательно в виде распределений концентраций по глубине водной толщи. Такой подход позволит оценить роль гидрофизических процессов (диффузии и оседания) в формировании структуры трофических цепей изучаемых водоемов, что, как правило, остается вне рассмотрения в большинстве известных моделей водных экосистем. - разработана принципиальная схема и экспериментальный прототип системы подводного видеонаблюдения с лазерным детектором. Система позволяет проводить он-лайн измерения концентрации организмов зоопланктона в размерном диапазоне 0.4-2мм с разрешающей способностью до 3мм. Инновационным решением является использование двух лазерных плоскостей, генерируемых линейными лазерными модулями, расположенными параллельно друг над другом на расстоянии в 1-2мм. Обе плоскости находятся в фокусе цветной цифровой видеокамеры. При опускании камеры происходит сканирование взвешенных в воде частиц. Наличие двух лазерных плоскостей необходимо для точного определения количества просканированной воды. На экране сигнал от каждой частицы виден как двойное изменение цвета (и яркости) трейсируемого объекта во времени. Таким образом, компьютерное распознавание образа в автоматическом режиме (по уровню яркости, цветности и направленности) является решаемой задачей. Используя данный принцип, общее количество объектов также поддается программному анализу. Зная расстояние между плоскостями и время между изменениями яркости, можно рассчитать скорость погружения камеры относительно видимых частиц. Все заявленные задачи первого этапа решены в полном объеме. Результаты НИР могут быть использованы в учебном процессе, при подготовке публикаций в рецензируемые журналы. Разработанная система подводного видеонаблюдения будет использован в дальнейшей работе. Разработанные блок-схемы трофических цепей будут использованы для разработки математических моделей. НИР выполнена на уровне, соответствующем мировым тенденциям и подходам к исследованию водных экосистем. Разработанная система подводного видеонаблюдения не имеет аналогов. В ходе анализа данных прошлых лет и аналитического обзора массив данных и информации обработан впервые. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Отчет о выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... О выполнении 4 этапа Государственного контракта №14. 740. 11. 1071 от 24. 05. 2011 г | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... «Московский государственный университет экономики, статистики и информатики (мэси)» |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №16. 740. 11.... Программа (мероприятие): Федеральная целевая программа «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013... | | Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П371 от 07... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта №16. 740. 11.... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта №14. 740. 11.... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... |
| Отчет о выполнении 2 этапа Государственного контракта № П782 от 24... Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный университет... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № п 716 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П710 от 12... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1084 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П1676 от... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... | | Отчет о выполнении 1 этапа Государственного контракта № П869 от 18... Исполнитель: Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кабардино-Балкарский государственный... |
| Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта № «Создание основанной на информационно-коммуникационных технологиях системы управления качеством образования, обеспечивающей доступ... | | Отчет о выполнении работ по шестому этапу государственного контракта... Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования |
 | Методическое пособие по применению методов определения начальной... Государственного казенного учреждения города Москвы Дирекция по эксплуатации, движению и учету основных фондов Департамента образования... | | Отчет по исполнению I этапа Государственного контракта №05. 043.... Исполнитель (Поставщик): Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования города Москвы... |
