Анотація до роботи:

Александров Б. Г. Гідробіологічні основи управління станом прибережних екосистем Чорного моря.– Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора біологічних наук за спеціальністю 03.00.17 – гідробіологія. – Інститут біології південних морів НАН України, Севастополь, 2002.

У роботі розвинуто новий напрямок гідробіологічних досліджень функціональної ролі водних угруповань у формуванні якості прибережних вод на основі біогеохімічного підходу. З метою оцінки внеску гідробіонтів у трансформацію речовини та енергії визначено калорійність масових видів планктону і бентосу Чорного моря, виведено “універсальні” рівняння для визначення продукції і дихання безхребетних на будь-якій стадії онтогенезу. На основі схеми біотичного балансу подано кількісну оцінку виняткової ролі обростання в самоочищенні прибережної зони моря. Описано фундаментальні закономірності сукцесії обростання на твердих субстратах різного типу. Оцінено біопозитивні властивості матеріалів, які найчастіше використовуються у гідробудівництві. Виведено кількісні залежності структурно-функціональної організації водних угруповань від геометрії їх життєвого простору. Уточнено визначення поняття “найближчий життєвий простір”, запропоновано спосіб визначення його обсягу. Обґрунтовано новий показник функціональної активності угруповання обростання, що відображає внесок його рослинної і тваринної компоненти. Виведено рівняння для оцінки внеску організмів обростання в самоочищення прибережних екосистем за рядом регламентованих показників.

1. Вперше для 76 видів і надвидових груп гідробіонтів Чорного моря (у тому числі макрофітів – 42 види, зоопланктону – 7 видів, мейобентосу – 5 таксономічних груп і макрозообентосу – 22 види) визначено калорійність, виведено рівняння, що дозволяють з високим ступенем точності визначати енергетичний еквівалент маси тіла макрофітів, а також донних та пелагічних безхребетних будь-якої систематичної належності, необхідний для біоенергетичних розрахунків, оцінки ролі гідробіонтів у біотичному балансі водних екосистем. Калорійність гідробіонтів коливалась в широкому діапазоні і залежала від їхніх розмірних характеристик та вмісту сухої беззольної ОР.

2. Виявлена тісна залежність темпів росту і інтенсивності дихання безхребетних від їхньої питомої калорійності. Виведено “універсальні” рівняння для прогнозування питомої продукції і дихання безхребетних за енергетичним еквівалентом маси їх тіла (P_Q = 0,051Q^-0,235 і R_Q = 0,049Q^-0,262), які дозволяють передбачити темпи росту організмів і їхній внесок в самоочищувальну здатність водойм на будь-якій стадії їх онтогенезу.

3. Уперше на основі фактичних даних про формування і розвиток угруповання обростання, а також фізико-хімічних властивостей твердих субстратів дана кількісна оцінка матеріалів, які найчастіше використовують у гідротехнічному будівництві (бетон, вапняк, граніт і гума використаних автопокришок). Встановлено стимулюючий ефект виділень гуми автопокришок на ріст морських одноклітинних та багатоклітинних водоростей, що необхідно враховувати при використанні цього розповсюдженого виду субстрату для будівництва ШР у евтрофованих акваторіях. З проаналізованих субстратів найбільш прийнятними для великомасштабного використання слід визнати вапняк і бетон.

4. Розроблено методику прогнозування чисельності личинок обростателів в періоди репродуктивної активності батьківських популяцій для виявлення тривалоперіодних змін їхнього кількісного розвитку. Установлено, що одним з компенсаторних механізмів підтримки стабільної чисельності личинок донних безхребетних у північно-західній частині Чорного моря (двостулкові молюски – 14300±4900, вусоногі раки – 2700±600, поліхети – 1600±200 екзм^-3) в умовах масової загибелі бентосу м’яких ґрунтів при евтрофуванні є посилення розвитку угруповання обростання прибережної зони моря. Лише за рахунок зростання їхньої нерестової активності тут за останні десятиліття зареєстровано збільшення чисельності двостулкових молюсків у 3, вусоногих раків – у 17, поліхет – у 29 разів.

5. Внаслідок евтрофування, яке порушило рівновагу між продукцією та розкладом ОР, і інтенсифікації перевезень водним транспортом, що широко використовує водяний баласт, істотну роль в біологічній структурі та функціональній активності екосистеми Чорного моря почали відігравати екзотичні види, що переселилися з інших районів Світового океану. В останні десятиліття відмічено збільшення питомої продукції масових мешканців планктону і бентосу Чорного моря в 1,5–2,1 рази, при цьому з 52 зареєстрованих екзотичних видів 17 – одержали масового розвитку. Більш 40% екзотів, не враховуючи риб, своїм життєвим циклом пов'язані з обростанням. Інтенсивність ненавмисного вселення гідробіонтів у Чорне море, спричиненого господарською діяльністю людини, за останнє десятиліття досягла максимальної швидкості – 1 вид/рік.

6. Вперше для Чорного моря складено біотичний баланс на прикладі прибережної морської екосистеми північно-західної частини моря, що включає донні і пелагічні рослини, безхребетних і риб. Встановлено, що основний потік енергії в прибережній зоні проходить через детритний харчовий ланцюг. При цьому зоопланктон, включаючи інфузорій, утилізує не більше 1,5%, а усі бентичні безхребетні, включно з організмами обростання – 96,7% енергії завислої ОР. Ключова роль у трансформації речовини та енергії належить обростанню, добовий обсяг споживання ОР яким складає 78,7%, що відповідає 16,4 кДжм^-3добу^-1 при розрахунку на одиницю об’єму водного середовища у життєвому просторі прибережної екосистеми.

7. Встановлено граничні значення функціональної активності угруповання обростання, що свідчать про зміни якості водного середовища, при яких відзначалося перевищення регламентованих нормативних показників. Перевищення рівня рН спостерігалося при інтенсивності продукції макрофітів більше ніж 150 кДжм^-2добу^-1, а БСК₅ – у випадку досягнення швидкості осадонакопичення, що забезпечує раціон макрозообентосу більше ніж 280 кДжм^-2добу^-1 при розрахунку на одиницю площі поверхні субстрату або дна.

8. Розраховано кількісні співвідношення між рослинною і тваринною компонентами угруповання обростання. У процесі сукцесійних змін відзначено поступову заміну рослинної компоненти безхребетними. На стадії зрілого угруповання обростання в прибережній зоні Чорного моря співвідношення рослинної (W_М, гм^-2) і тваринної (W_Б, гм^-2) біомаси може бути описано залежністю W_М = -0,01 W_Б + 150.

9. Уперше виведена кількісна залежність, що дозволяє прогнозувати біомасу епіфітону (W, гм^-2) за величиною площі поверхні водоростевого субстрату (S_Ф, од.): W= 717,6 S_Ф.

10. Обґрунтовано новий показник для опису взаємозв'язку угруповання обростання з водним середовищем, що відображає функціональну активність рослинної і тваринної компоненти угруповання. Установлено достовірну залежність якості водного середовища від коефіцієнта упакування твердого субстрату, що дорівнює відношенню загальної поверхні субстрату до площі дна, на якому він розміщений.

11. Уточнено визначення поняття найближчого життєвого простору (НЖП) обростання, що включає, поряд з геометричним обсягом води в межах зовнішнього контуру структурних елементів угруповання, об’єм води, який активно залучають тварини-обростателі в процесі життєдіяльності, наприклад, фільтрації. Запропоновано залежність для розрахунку обсягу НЖП за об’ємом тіла, енергетичним еквівалентом маси або швидкістю дихання безхребетних, що входять до складу обростання.

12. Вперше виведені залежності, що дозволяють прогнозувати біомеліораційні властивості гідробіоценозів, у тому числі обростання, для морських і прісноводних екосистем Чорного моря. Одержані кількісні характеристики мають важливе практичне значення і були використані при обґрунтуванні заходів щодо регулювання площі очеретяних заростей у Дунайському біосферному заповіднику.

13. Дослідження безхребетних обростання у межах 14 порядків величин НЖП уперше дозволило встановити кількісні залежності високого ступеня значущості. Вони дозволяють прогнозувати біомасу безхребетних (DW, мгсм^-3) і самоочищувальну здатність водойми за рівнем дихання (R, мг О₂см^-3год^-1), за різними показниками геометрії НЖП (V_НЖП, см³ та S/S₀, од.), зокрема DW = 26,9V_НЖП^-0,18, R = 2,0410^-4(S/S₀)^0,74.

14. Уперше виведені рівняння, що дозволяють прогнозувати зміни нормованих показників якості водного середовища (а саме: вмісту валового азоту і фосфору, завислої ОР, насичення води киснем, БСК₅) за різними показниками геометрії твердих субстратів і структурно-функціональною організацією угруповання обростання. Знайдені залежності, поряд з теоретичним, мають велике практичне значення, оскільки можуть бути використані для управління якістю прибережних вод враховуючи розміщення твердого субстрату природного і штучного походження з оптимально підібраними розмірними характеристиками.