БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЫСОКОПРОДУКТИВНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ РЫБОВОДНОГО ПРУДА - Концептуальная модель экосистемы рыбоводного пруда
Среди пресноводных водоёмов рыбоводные пруды являются
наиболее удобными объектами для управления с целью получе-
ния высокой конечной продукции и снижения затрат на её произ-
водство на основе наиболее полного использования их особенно-
стей.
Интенсивность трансформации вещества и энергии в высо-
копродуктивной экосистеме рыбоводного пруда, а также просто-
та её трофической структуры позволяют достигнуть высоких
продукционных показателей гидробионтов за счёт использования
комплекса управляющих факторов (органические и минеральные
удобрения, корма).
Для получения адекватной биологическим процессам мате-
матической модели водоёма необходимо не только детальное
знание его жизни, но и умение выделить основные из них. По-
этому в комплекс модулей экосистемы рыбоводного пруда вклю-
чены те структурные элементы трофической цепи, которые могут
изменить в нежелательном направлении или лимитировать эти
процессы.
М и к р о б и о л о г и ч е с к и е п р о ц е с с ы.
Построение математической модели экосистемы рыбовод-
ного пруда невозможно осуществить без детального знания всех
уровней экосистемы – от бактерий до фитопланктона и рыбы. В
некоторых работах (Воинов и Комилов, 1986; Svireshev и др.,
1984) по математическому моделированию экосистемы, как во-
дохранилищ, так и рыбоводных прудов, недостаточно внимания
уделяется бактериям. Чаще всего функция бактериопланктона
1 Сообщение 1. Богданов Н.И., Комилов Ф.С., Юнусов М.К., Эгамов М.С., 1991.
Сообщение 2. Комилов Ф.С., Юнусов М.К., Богданов Н.И., Эгамов М.С., 1992.
Сообщение 3. Юнуси М.К., Комилов Ф.С., Богданов Н.И., Эгамов М.С., 1993.
62
отождествляется с бактериальными процессами, протекающими в
донных отложениях водоёмов. Хотя последние и имеют немало-
важное значение, но они далеко не тождественны процессам бак-
териальной деструкции органического вещества водной толщи.
В нагульных прудах фотосинтез фитопланктона протекает
значительно интенсивней, чем деструкция органических веществ
за счёт бактериальной деятельности. Несмотря на это, бактери-
альная продукция в целом уступает лишь продукции фитопланк-
тона, которая в прудовой экосистеме по своей массе занимает
первое место (Новожилова и др., 1987). Помимо создаваемой
бактериопланктоном биомассы, которая включается в биотиче-
скую цепь, огромна роль бактерий в процессах, существенно
влияющих на химизм воды и газовый режим.
Так, в результате деструкции органических веществ проис-
ходит насыщение воды углекислым газом, а также высвобожде-
ние связанных в сложные органические соединения азота, фос-
фора и других элементов, которые затем вновь вовлекаются в
процесс формирования биомассы микроорганизмов. Растворён-
ный в воде углекислый газ, находясь в наиболее удобной форме,
в первую очередь используется фитопланктоном в процессе фо-
тосинтеза.
Б и о г е н ы и г а з о в ы й р е ж и м р ы б о в о д н о г о
п р у д а.
Механизм влияния удобрений на микрофлору, осуществ-
ляющую круговорот биогенов в прудах изучен достаточно под-
робно (Новожилова и др., 1987; Родина, 1953; Руденко, 1986). Из-
вестно, что получить высокую конечную продукцию в рыбовод-
ном пруду без внесения биогенных элементов практически не-
возможно. Их природные количества в воде, настолько незначи-
тельны, что они не могут обеспечить бурное развитие микрово-
дорослей. Поэтому для интенсивного развития микробиоло-
гических процессов нужно постоянно поддерживать в воде опре-
делённые концентрации азота и фосфора.
Газовый режим рыбоводного пруда теснейшим образом свя-
зан с биологическими процессами, протекающими в нём. Насы-
щение воды кислородом идёт главным образом за счёт фотосин-
теза, а обогащение углекислым газом – в результате дыхания
гидробионтов, среди которых основная роль принадлежит бакте-
63
риям. Интенсивное развитие фитопланктона способствует высо-
кому содержанию кислорода в воде и не лимитирует его потре-
бителей. Однако высоким темпам фотосинтеза должны соответ-
ствовать бактериальные процессы деструкции органических ве-
ществ и насыщение водных масс углекислым газом.
Активная реакция воды в рыбоводном пруду чаще всего за-
висит от интенсивности фотосинтеза, в результате которого ис-
пользуется СО2, что приводит к сдвигу рН в щелочную сторону.
Бактериальные процессы минерализации органических веществ в
водной толще и донных отложениях насыщают воду углекислым
газом, в результате чего показатель рН сдвигается в кислую сто-
рону. В утренние часы активная реакция воды бывает кислой, а в
вечерние – щелочной. Определение рН в рыбоводном пруду в ут-
ренние и вечерние часы показало, что разница составляет больше
двух единиц, что свидетельствует об интенсивности микробиоло-
гических процессах продукции и деструкции органического ве-
щества.
О с о б е н н о с т и п р у д о в о г о в ы р а щ и в а н и я р ы б в п о -
л и к у л ь т у р е . Высокой рыбопродуктивности можно достигнуть
путём подбора видового состава рыб, который мог бы макси-
мально использовать кормовую базу пруда. Наиболее полно по-
ставленной задаче отвечает поликультура рыб, включающая на-
равне с известными видами комплекс растительноядных рыб.
Обычно в поликультуре выращиваются карп, белый и пёстрый
толстолобики, белый амур, буффало. Принято считать, что это
соотношение видов оптимально из-за наиболее полного исполь-
зования ими естественной кормовой базы. Действительно, белый
толстолобик использует фитопланктон, пёстрый – зоопланктон,
карп и буффало – бентос, белый амур – макрофиты. Однако, как
отмечает В. П. Митрофанов (1981), планктонофаги, изымая про-
дукцию первичного трофического уровня, не могут не влиять на
последующие звенья трофической цепи, тем самым, обедняя ес-
тественный кормовой рацион сазана. Хотя эти высказывания от-
носятся к естественным водоёмам, но, видимо, они правомерны и
для рыбоводных прудов, т. к. рыбопродуктивность пруда тес-
нейшим образом связана с продукцией органического вещества
за счёт фотосинтеза фитопланктона, и поэтому во всех случаях
64
уровень первично-продукционных процессов должен соответст-
вовать плотности посаженных рыб.
К о н ц е п т у а л ь н а я м о д е л ь в ы с о к о п р о д у к т и в н о й
э к о с и с т е м ы р ы б о в о д н о г о п р у д а . Схема модели, в кото-
рой учтены все вышеизложенные доводы биологических основ
математического моделирования высокопродуктивной системы
рыбоводного пруда, приведена на рисунке 13 (Богданов и др.,
1991). Она достаточно проста, хотя в неё вошли все необходимые
компоненты, с которыми связано функционирование экосистемы
пруда. По сравнению с известными схемами, у нас уделена соот-
ветствующая роль деятельности бактерий, тем самым дифферен-
цирована функция детрита.
Рисунок 13 – Схематическая модель высокопродуктивной экосистемы рыбоводного пруда
Управление экосистемой и поддержание её на высокопро-
дуктивном уровне достигается за счёт внесения в пруд органиче-
ских и минеральных удобрений. Критерием для внесения в пруд
удобрений является биологическая потребность в них рыбовод-
ного пруда. Причём неупорядоченное использование органо-
минеральных удобрений отрицательно сказывается на всей эко-
системе и, в конечном счете, приводит к снижению рыбопродук-
тивности, поэтому периодичность внесения в пруд удобрений ус-
танавливается по плотности сестона.
В схему модели введено только два вида рыб – карп и белый
толстолобик, хотя остальные виды рыб (пёстрый толстолобик,
белый амур и буффало) в определённой степени также влияют на
протекающие в пруду биологические процессы. Но из-за неболь-
шой численности они не могли бы их существенно изменить.
Построенная схема может отвечать условиям высокопро-
дуктивной экосистемы рыбоводного пруда (Комилов и др., 1991).
