Биомасса и калорийность

Материальную основу взаимоотношений между гидробионтами, в результате которых создается биологическая продукция, идет процесс самоочищения и формирования чистой воды, составляют процессы энергетического обмена веществ, питания, роста и продукции, через которые осуществляется биотический круговорот веществ. Каждый из этих процессов в отдельности, как и их общая совокупность в экосистеме, сопровождаются определенными количествами трансформируемых веществ и энергии. Использование балансового подхода к исследованию экосистем позволяет выразить в одних и тех же единицах энергии биомассу, продукцию и другие функциональные характеристики растительных и животных организмов различной систематической принадлежности и охарактеризовать их роль в продукции и разложении органического вещества. Кроме того, определение калорийности гидробионтов и, следовательно, выражение их биомассы в единицах энергии, позволяет, с одной стороны, избежать затруднений, связанных с более высокой изменчивостью определений сырого и сухого веса, с другой, - точнее установить общие зависимости для нахождения их продукции, дыхания и рациона.

Биомасса – выраженная в единицах массы количество живого вещества, приходящегося на единицу площади или объема местаобитания (г/м², кг/га, г/м³ и др.).

В зависимости от принадлежности органического вещества различают фитомассу, зоомассу, бактериомассу. На земле преобладает (97-99%) фитомасса. На показателях биомассы строятся все расчеты характера и интенсивности биологического круговорота. Определение биомассы лежит в основе определения биологической продуктивности водоемов (продукция – прирост биомассы в единицу времени).

В гидробиологии под биомассой понимают массу организмов в водоеме или на единицу площади или объема. Масса организмов может быть выражена в единицах сырого либо сухого веса, а также в пропорциональных им величинах (содержание углерода, азота, количества кислорода), либо в энергетических единицах. Не рекомендуется применять термин «биомасса» по отношению к одной особи, когда речь идет о ее весе или пропорциональных ему величинах.

Вес – сила, с которой тело действует на опору (подвес), препятствующую его свободному падению. Численно равен произведению массы тела на ускорение свободного падения.

Масса – одна из основных физических характеристик материи, определяющая ее инертные и гравитационные свойства

Сырая масса (вес) водных организмов принимается равным их объему, т.к. их плотность приравнивается 1, т.е. равной плотности воды.

Сухая масса (вес) – постоянный вес полностью обезвоженного вещества тела исследуемых организмов.

Масс (вес) сухого беззольного вещества – суммарный вес органического вещества тела исследуемого организма.

Калорийность – энергетическая ценность единицы массы исследуемого вещества.

Энергетический эквивалент массы тела – общая калорийность организма, или общее содержание энергии, заключенное в организма.

Энергетическая ценность, или энергетический эквивалент биомассы – биомасса, выраженная в единицах энергии и приведенная к единице массы, площади или объема.

Методика определения сырой массы (веса) - WW

Для мелких организмов (фитопланктон, зоопланктон, мейобентос) определение веса ведется косвенным способом через определение индивидуального объема.

1. Метод геометрического подобия.

Данный метод основан на вычислении суммарного объема геометрических фигур из которых может быть «сложена», как из конструктора, форма тела конкретного организма. Учитывая то, что плотность гидробионтов прибнимается в среднем равной единице их масса (вес) равен объему, т.е. определив объем можно определить массу тела конкретного гидробионта.

ПРИМЕР: Определить биомассу водоросли цилиндрической формы L(h)= 300 μm, d= 20 μm, обнаруженных в количестве 300000 кл∙л^-1.

РЕШЕНИЕ:

S= πD²/4= πR² = 0,785 D²

V= S∙h= 0,785∙20²∙300= 0,785∙120000= 94200 μm³

1г= 1см³

1мг= 1 мм³ = 100 000 000 μm³ = 10⁹ μm³

В= (94200 ∙ 300000)/ 10⁹ = 28,26 мг∙л^-1

2. Метод Ломана.

Данный метод основан на том, что объем тела, погруженного в воду равен вытесненному объему воды. Из пластилина вылепливают любой организм, массу которого хотят определить. Вычисляют объем вылепленной фигуры по вытесненному объему воды, определенному в мерном цилиндре. Затем измерив соотношение длины вылепленной фигуры к ее истиной длине, измеренной под микроскопом (бинокуляром) определяют истинный объем из соответствующей пропорции.

Недостатком метода является значительная трудоемкость и недостаточная точность получаемых результатов, в особенности, когда тела организмов имеют сложную форму, либо сильно опушены щетинками, шипиками и т.п.

К главному недостатку использования таблиц постоянных весов, вычисленных на основании вышеприведенных методов. Либо путем прямого взвешивания одноразмерных особей в значительном количестве является то, что они не учитывают реальные размеры организмов, что может сильно исказить итоговую биомассу, не выявить какие-либо долгопериодные изменения структуры сообществ.

4. Волюминометрический метод.

Кроме расчетных методов определения объема, для этой цели часто используются приборы разной конструкции, измеряющие объем (volume – англ.) организмов в пробе, - волюменометры П.И. Усачева, в модификации Б.С. Грезе (1948), В.А. Яшнова (1959). При использовании этих приборов регистрируются изменения уровня жидкости, заполняющей прибор, до и после внесения в него исследуемых объектов, и по этим данным рассчитывают их объем. Чаще всего этот метод используется при определении суммарной биомассы планктона в полевых условиях. При этом метод позволяет быстро получить удовлетворительные результаты при достаточно больших пробах (порядка нескольких сотен миллиграммов).

При определении сырой массы сравнительно крупных объектов (от нескольких мг и выше: водоросли макрофиты, макрозообентос, рыбы) используют методы прямого взвешивания. Основная трудность с которой при этом сталкивается исследователь - необходимость освободить исследуемые организмы от наружной воды. При обсушивании сразу же после удаления наружной воды начинает извлекаться вода, входящая в состав тела. Уловить момент перехода очень трудно.

Учет наружной воды:

1. Непрерывное взвешивание. Истинный вес соответствовал остановке или перегибу.

2. Метод помещения исследуемых организмов в раствор определенного вещества известной концентрации (глюкоза).

3. Стандартизация времени и способов обсушивания (одноминутное обсушивание, обсушивание до прекращения появления мокрых пятен). Тщательное и точное соблюдение условий и времени обсушки позволяет получать результаты с ошибкой 5% и менее.

Определение сырого веса моллюсков, особенно двустворчатых, большие погрешности в определении их веса, сопряжены с водой, содержащейся в мантийной полости (ее нужно удалять).

Изменение веса, связанное с фиксацией формалином. Стабилизация веса наступает после 4 месяцев хранения, потеря составляет 2-4%.

Методика определения сухой массы (веса) - DW

Способы высушивания до постоянного веса.

1. Высушивание в эксикаторах над осушителями (CaCl₂, H₂SO₄ силикагель и др.): 20-25 сут.

2. Высушивание под вакуумом.

3. Лиофильная сушка.

4. Сушка в инфракрасных лучах.

5. Сушка в сушильном шкафу.

Рекомендуемая температура: 100-105⁰С (использовали 50-105⁰С). Величины постоянного веса, полученные при разных температурах, отличаются. При массовых определениях ими можно пренебречь в случае стандартизации. Различия в весе при обсушке при 50⁰С и 105⁰С составляют 3,5%. При температуре 100-105⁰С сырой вес достигает постоянного веса за 2-3 часа. Обращайте внимание на тип весов, с тем, чтобы точность определения была не менее ±1-3%.

Способ определения золы

Количество золы может колебаться у различных представителей одного и того же вида (масса раковины мидии = 80-86%, еще больше у рапаны). Содержание золы в тканях пресноводных моллюсков колеблется от 11 до 30% от сухого вещества.

Метод – прокаливание в муфельной печи. Помнить (!): некоторые соли, входящие в состав минеральной фракции тела водных организмов, при определенных температурах (свыше 550⁰С) начинает интенсивно разлагаться CaCO₃, основной скелетный материал многих беспозвоночных. За счет этого величина минерального остатка может снизиться до 44%. При этом разложение солей происходит очень быстро после достижения критической температуры. В муфельной печи пространственный градиент температуры может достигать 50⁰С.

Для полного сгорания органического вещества навески порядка 100 мг сухого веса достаточно 20-24часов прокаливания. Определение золы в теле моллюсков следует проводить, предварительно освободив его от раковины, и анализировать только мягкие ткани. AFDW – ash free dry weight – вес сухого беззольного вещества.

Дата добавления: 2015-05-08