Первичная продукция водоемов: моделирование и прогноз

1. Первичная продукция водоемов: моделирование и прогноз В.В. Бульон

2. Связь между скоростью фотосинтеза на «оптимальной» глубине (PrimP_opt, мкг С/л · сут.) и концентрацией хлорофилла «а» (Chl, мкг/л) в озерах и водохр

10000
PrimP_opt
1000
100
10
1
0,1
1
10
100
1000
Chl
Связь между скоростью фотосинтеза на «оптимальной» глубине
(PrimP_opt, мкг С/л · сут.) и концентрацией хлорофилла «а» (Chl, мкг/л)
в озерах и водохранилищах
PrimP_opt = 30.6 · Chl^0.927 30 · Chl
R^2 = 0.88, n = 102

3. Соотношение между интегральной продукцией фитопланктона (PrimP_integr, мг С/м2 · сут.) и произведением скорости фотосинтеза на «оптимальной» глу

PrimP_integr
10000
1000
x= y
100
10
10
100
1000
10000
PrimP_opt ∙ Sec
Соотношение между интегральной продукцией фитопланктона
(PrimP_integr, мг С/м2 · сут.) и произведением скорости фотосинтеза на
«оптимальной» глубине (PrimP_opt, мг С/м3 · сут.) и прозрачности воды
(Sec, м) в озерах, водохранилищах и водоемах-охладителях.
PrimP_integr = 0.64*(PrimP_opt*Sec)^1.07 PrimP_opt*Sec
R^2 = 0.90, n = 98

4. Применение пошагового регрессионного анализа для описания зависимости прозрачности воды (Sec, м) от цветности воды (Pt) и концетрации общего

Применение пошагового регрессионного анализа для
описания зависимости прозрачности воды (Sec, м) от
цветности воды (Pt) и концетрации общего фосфора (TP).
По данным для 196 озер (Häkanson, Boulion, 2002).
Шаг
Уравнения регрессий
R2
1
lg(Sec) = 1.09 - 0.51 · lg(Pt)
0.59
2
lg(Sec) = 1.26 – 0.31 · lg(Pt) – 0.36 · lg(TP)
0.73
Pt
TP
от 5 до 300o
от 5 до 400 мкг/л

5. Зависимость продолжительности вегетационного сезона (GS, дни) от географической широты (Lat, о с.ш.). Точки на графике (слева направо): озера Джо

400
350
300
GS
250
200
150
100
50
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Lat
Зависимость продолжительности вегетационного сезона (GS, дни) от
географической широты (Lat, о с.ш.). Точки на графике (слева направо):
озера Джорджия (Уганда), Кодай (Индия), Киннерет (Израиль), Инкити
(Грузия), Нарочь (Беларусь), Красное (Карельский перешеек),
Зеленецкое (Кольский по-в), озеро на о-ве Хейса (архипелаг Земля
Франца-Иосифа).
GS = -0.058*Lat^2+0.549*Lat+365
R^2 = 0.996, n = 8

6. Связь между степенью зарастания водоемов макрофитами (Macr_cover, %) и оптической глубиной (Sec/D_mean, где Sec – прозрачность воды по диску Секки, D_mean

Macr_cover
60
40
20
0
0
0,4
0,8
1,2
Sec/D_mean
Связь между степенью зарастания водоемов макрофитами (Macr_cover,
%) и оптической глубиной (Sec/D_mean, где Sec – прозрачность воды по
диску Секки, D_mean – средняя глубина). Сплошная линия – линия
регрессии по всем данным. Пунктирные линии: верхняя – для водоемов,
расположенных на широтах 48о30’-55o48’; нижняя – на широтах 52o67o30’
Macr_cover = 37.5*(Sec/D_mean)
R^2 = 0.41, n = 25

7. Применение пошагового регрессионного анализа для описания зависимости степени зарастания водоемов макрофитами (Macr_cover, %) от оптической гл

Применение пошагового регрессионного анализа для
описания зависимости степени зарастания водоемов
макрофитами (Macr_cover, %) от оптической глубины
(Sec/D_mean) и географической широты (Lat). По данным
для 25 озер.
Шаг
Уравнения регрессий
R2
1
Macr_cover = 37.5 · (Sec/D_mean)
0.41
2
Macr_cover = 48.5 + 32.9 · (Sec/D_mean) –
16.2 · (90/(90 – Lat))
Sec/D_mean
Lat
от 0.12 до 1.00
от 13 до 67.5о
0.73

8. Связь между продукцией макрофитов (Macr_prod, ккал/м2 · год) и степенью зарастания водоемов макрофитами (Macr_cover, %). Macr_prod = 3.16*(Macr_cover)^1.37

10000
Macr_prod
1000
100
10
1
0.1
0.1
1
10
100
Macr_cover
Связь между продукцией макрофитов (Macr_prod, ккал/м2 · год)
и степенью зарастания водоемов макрофитами (Macr_cover, %).
Macr_prod = 3.16*(Macr_cover)^1.37

9. Применение пошагового регрессионного анализа для описания зависимости продукции макрофитов (Macr_prod, ккал/м2 · год) от степени зарастания во

Применение пошагового регрессионного анализа для
описания зависимости продукции макрофитов (Macr_prod,
ккал/м2 · год) от степени зарастания водоемов макрофитами
(Macr_cover) и географической широты (Lat). По данным
для 35 озер.
Шаг
Уравнения регрессий
1 lg(Macr_prod) = 0.50 + 1.37 · lg(Macr_cover)
2
R2
0.74
lg(Macr_prod) = 2.21 + 1.08 · lg(Macr_cover) –
0.49 · (90/(90 – Lat))
Macr_cover
Lat
от 0.29 до 100 %
от 13 до 67.5о
0.80

10.

Daily macr P/B
0.007
0.30
Daily phyt P/B
Seas macr P/B
1.3
57
Seas phyt P/B
Macr losses
95.7
690
Phyt losses
Macr biom
72.3
12.2
Phyt biom
Macr prod
95.7
690
Phyt prod
Macr cover
14.1
2.2
Sec
Sec/D mean
0.43
189
GS
D mean
5.0
5.6
Chl
Lat
60
20
TP
30
Pt

11.

Макрофиты:
Macr_biom(t) = Macr_biom(t - Dt) + (Macr_prod – Macr_losses) * Dt
Биомасса макрофитов, ккал/м2.
Macr_prod = 10^(2.21+1.08*LOG10(Macr_cover)-0.49*90/(90-Lat))
Продукция макрофитов (ккал/м2 за сезон) как функция степени
зарастания водоема и географической широты.
Macr_losses = Macr_biom* Seas_macr_P/B
Потери макрофитов (ккал/м2 за сезон) в результате
бактериального разложения, потребления зообентосом
и захоронения в иловых отложениях.

12.

Seas_macr_P/B = IF(Lat<66)THEN(Daily_macr_P/B*GS)ELSE(1)
Сезонный Р/В-коэффициент для макрофитов. Принято, что при
Lat 66o сезонный Р/В-коэффициент равен 1, а в направлении к
южным широтам он возрастает пропорционально удлинению
вегетационного сезона.
GS = -0.058*Lat^2+0.549*Lat+365
Длительность вегетационного сезона
географической широты.
(сутки)
как
функция

13.

Macr_cover = IF(Lat<66)THEN(48.5+32.9*(Sec/D_mean)
-16.2*(90/(90-Lat))ELSE(5)
Степень зарастания макрофитами (% от площади водоема) как
функция оптической глубины водоема (Sec/D_mean) и
географической широты. Во избежание отрицательных
значений Macr_cover, получаемых при Lat 66o, принято, что на
этих широтах степень зарастания водоемов (преимущественно
водным мхом) равен 5 %.
Sec/Dmean = Отношение прозрачности воды к средней глубине,
или оптическая глубина водоема.

14.

Фитопланктон:
Phyt_biom(t) = Phyt_biom(t - Dt) + (Phyt_prod - Phyt_losses) * Dt
Биомасса фитопланктона, ккал/м2.
Phyt_prod = (IF(Lat>70)THEN(10*Chl)ELSE(30*Chl))*Sec*GS /100
Продукция фитопланктона (ккал/м2 за сезон) как функция
концентрации хлорофилла «а», прозрачности воды и
длительности вегетационного сезона. Для водоемов южных и
умеренных широт суточное ассимиляционное число принято
равным 30, для арктических водоемов - 10 мг С/мг хлорофилла
«а».
Phyt_losses = Phyt_biom*Seas_phyt_P/B
Потери фитопланктона (ккал/м2 за сезон) в результате
бактериального разложения и потребления зоопланктоном.

15.

Chl = 0.073*TP^1.451
Концентрация хлорофилла «а» (мкг/л) как функция
содержания в воде общего фосфора.
Seas_phyt_P/B = Daily_phyt_P/B*GS
Сезонный Р/В-коэффициент для фитопланктона.
Sec = 10^(1.26-0.31*LOG(Pt)-0.36*LOG(TP))
Прозрачность воды (м) как функция цветности воды и
содержания общего фосфора.

16.

Входные параметры (по умолчанию):
Pt = 30
Цветность воды, градусы.
Lat = 60
Географическая широта.
D_mean = 5
Средняя глубина, м.
TP = 20
Содержание общего фосфора, мкг/л.
Daily_macr_P/B = 0.007
Суточный Р/В-коэффициент для макрофитов.
Daily_phyt_P/B = 0.30
Суточный Р/В-коэффициент для фитопланктона.

17.

Первичная продукция
3000
2000
1000
0
30
70
Lat
Macr_prod
Phyt_prod
Зависимость продукции макрофитов и
фитопланктона (ккал/м2 за сезон) от
географической широты. Значения D_mean, TP и
Pt - по умолчанию.

18.

Первичная продукция
8000
6000
4000
2000
0
5
200
TP
Macr_prod
Phyt_prod
Зависимость продукции макрофитов и
фитопланктона (ккал/м2 за сезон) от содержания
в воде общего фосфора. Значения Lat, D_mean и
Pt - по умолчанию.

19.

Первичная продукция
2000
1600
1200
800
400
0
1
20
D_mean
Macr_prod
Phyt_prod
Зависимость продукции макрофитов и
фитопланктона (ккал/м2 за сезон) от средней
глубины водоема. Значения Lat, TP и Pt - по
умолчанию.

20.

Первичная продукция
2000
1600
1200
800
400
0
5
200
Pt
Macr_prod
Phyt_prod
Зависимость продукции макрофитов и
фитопланктона (ккал/м2 за сезон) от
цветности воды. Значения Lat, D_mean и TP по умолчанию.