морско инженерство - Институт по Океанология

180Трудове на Института по океанологияТом 3. Варна, 2001Българска академия на наукитеМОРСКО ИНЖЕНЕРСТВОЕкспресен метод за определяне на разпределениетона биомасата на планктона в морската водаАтанас В. ПалазовИнститут по океанология, БАН, ВарнаИзследването на закономерностите напространственото разпределение на фитоизоопланктона е една от най-важнитезадачи на морската биология. Известно е,че това разпределение може да бъдеизучено по различни начини: чрез вземанена проби с класически планктонни мрежи;чрез вземане на водни проби с потопяемапомпа (Кахру, 1989); с големообемнибатометри или розет-батометри със СТДсонда; чрез измерване на някоихидрооптични характеристики.От гледна точка на използването нахидрооптичните характеристики заопределяне на разпределението на фито- изоопланктона най-переспективно се оказваизмерването на отслабването насветлината под вода. Това се потвърждаваи от резултатите на множествоизследвания.Карабашев, Кулешов,Ханаев (1986) например саконструирали и експериментиралиавтономен подводен прозрачномер набазата на измерване на отслабването наколимирано светлинно излъчване. Ли(1980) също използва отслабването насветлината при конструиране на подводенавтоколимационен прозрачномер.L i e b e r m a n et al. (1984) са получилизависимости между отслабването насветлината и флуорисценцията нахлорофил 'а' в крайбрежните води наЮжна Калифорния.За проверка на възможностите да сеопределя разпределението на планктоначрез измерване на отслабването насветлината са проведени лабораторниизследвания със специално конструиран зацелта прибор с принцип на действие:измерване на отслабването на светлината,подавана от източник с насочен(колимиран) сноп и оптическа система. Наопределено (фиксирано) разстояние отизточника на светлина, нареченооптическа база, е поставен чувствителенелемент измерващ осветеността.Чрез сравняване на потоците светлина,преминали през въздуха и морската вода,се определя коефициентът на пропусканеκ = Φ / Φ ο ,където Φ ο е светлинният поток,преминал през въздушна среда; Φ -светлинният поток, преминал презморската вода.Известна е връзката междуосветеността Ε и светлинния поток, падащвърху площ SΕ = Φ / Sи тъй като в конкретния случай площта насветлинния сноп е постоянна, се получава:κ = Ε / Ε ο ,където Ε ο е осветеността във въздушнасреда; Ε - осветеността в морската вода.Коефициентът на пропускане κ е прякосвързан с поглъщането и разсейването насветлината в морската вода и сеидентифицира още с показателя

181(коефициента) на отслабването насветлината.При подходящ подбор на мощността наизточника и оптическата базаосветеността, предизвикана отестествената (слънчевата - пряка иразсеяна) светлина, може да сепренебрегне.Осъществено е пробовземане на фитоизоопланктон от Варненския залив спланктонна мрежа тип “Джеди” имоделиране на биомасата на фито- изоопланктона, изразяващо се в:- филтруване на необходимотоколичество морска вода с целотстраняване на фито- и зоопланктона;- получаване на необходимитеконцентрации чрез смесване наексперименталния материал сфилтруваната вода, за да се получатконцентрации в диапазона нарегистрираните в естествени условия(включително и извън него).Като допълнителен критерий заколичествена оценка на фитопланктона еизмервана флуоресценцията на хлорофил'а' чрез флуорометър Turner Design (model10-000R).При експериментите непрекъснато сапроследявани и регулирани температуратаи солеността на водата в опитната вана,където са моделирани различнитеконцентрации.Хидрооптичният прибор има следнитепо-важни характеристики:Обхват:0 - 3200 lxРазрешаваща способност: 0.5 lxТочност:± 1 lxЗахранване: 12 V, 500 mADCИзходен сигнал:напрежение max 6 V(съпротивление на чувствителния елемент1 - 100 κΩ)Блок-схемата на хидрооптичнияприбор е показана на фиг. 1.Блок 1 представлява захранващизточник, който подава стабилизиранонапрежение към източника на колимираносветлинно излъчване 2, състоящ се отлампа, рефлектор и оптическа система. Наизвестно разстояние l, наречено оптическабаза, е поставен фотоприемник(чувствителен елемент) 3. Колимираниятсветлинен сноп 5 попада върхуфотоприемника 3, който изменя своетосъпротивление пропорционално наосветеността му. Съпротивлението нафотоприемника 3, се измерва с помощтана програмируем мултиметър 4, типISOT9204D. Блоковете 2 и 3 са монтиранив херметичен, устойчив на налягане до 100m дълбочина корпус 6, който позволяваоптическата база l на хидрооптичнияприбор да бъде регулирана. Захранванетона прибора и измерването насъпротивлението на чувствителнияелемент стават с помощта на кабел.Чувствителният елемент нафотоприемника бе калибриран въввъздушна среда с помощта на фотометъртип PU 150, чрез регулиране наинтензивността на източника на светлинаи измерване на осветеността. На фиг. 2 епоказана калибровъчната крива начувствителния елемент и съответстващотои уравнение. Вижда се, че това е степеннафункция.Фиг. 1. Блок-схема на хидрофотооптичен прибор за изследване отслабването насветлината в морската вода.

182Фиг. 2. Калибровъчна характеристика на чувствителния елемент на прибораЧрез промяна на оптическата база беустановена оптималната чувствителностна прибора при l=150-300 mm.Бяха проведени експерименти заизследване на влиянието на солеността вдиапазона от 10 до 35 ‰, със стъпка 5 ‰ итемпературата на водата от 5 до 25 о С, съсстъпка 5о С върху отслабването насветлината във филтрувана симулиранаморска вода. Резултатите показаха, че несе наблюдава влияние на солеността итемпературата на водата върхуотслабването на светлината, което оставапостоянно. Измерената стойност наосветеността е 295 lх. Същата стойностпоказа и измерването на осветеността вдвукратно филтрирана и утаена проба отморска вода, взета от Варненския залив.Проведени бяха два експеримента с целизследване влиянието на биомасата нафито- и зоопланктона върху отслабването(екстинкцията) на светлината.Биомасата на фитопланктона вмоделираната морска вода се определячрез количествено изброяване по методана Sournia, като се използватиндивидуалните тегла на отделнитевидове. Биомасата на зоопланктона сеопределя по метода на Димов. Общатабиомаса се получава чрез сумиране набиомасите на фито- и зоопланктона. Завсяка проба, с помощта на флуориметъраTURNER DESIGNS Model 10-000R, сеизмерва и флуорисценцията на хлорофил'а' като параметър на общата маса нафитопланктона.Експерименталните резултатите сапоказани на фигури 3 и 4. В полето награфиките са показани и уравненията наполучените зависимости.Фиг. 3 показва резултатите от първияексперимент, а фиг. 4 - резултатите отвтория експеримент.Съответно на фигури 3а и 4а сапоказани зависимостите на отслабванетона светлината и общата биомаса напланктона в пробата при дватаексперимента а на фигури 3б и 4б -зависимостите на отслабването насветлината и флуорисценцията нахлорофил 'а' в пробите.Наблюдава се устойчива зависимост

183а) б)Фиг. 3. Резултати от първия експеримента) б)Фиг. 4. Резултати от втория експериментмежду отслабването на светлината(extinction), изразено чрез коефициента напропускане k, и биомасата (biomass) напланктона BM, съответно сфлуорисценцията на хлорофил 'а'(Chlorophill 'a') - ChA. Зависимостите салогаритмични, което се потвърждава и отрезултатите на други автори(L i e b e r m a n et al., 1984).Разликите между двата експериментасе обясняват с различния видов състав исъотношение на фито- и зоопланктона,както и от наличието на Mnemia mccradyi,чиято биомаса не е отчетена.Измерването на отслабването насветлината с помощта на разработенияхидрооптичен прибор е предназначено заекспресна оценка на вертикалноторазпределение на биомасата на планктонав морската вода.Методът би могъл да се използва и заколичествено отчитане на новия видCtenophora, което има отношение към

184процесите и явленията, свързани сеутрофикацията в крайбрежните райони наЧерно море.Връзката на общата биомаса напланктона с отслабването на светлинатазаедно със зависимостта на разпределениена фитопланктона от флуоресценцията нахлорофил 'а' може да бъде използвана запо-детайлно определяне на съотношениетофито-зоопланктон в морската вода.ЛитератураКарабашев, Г. С., А. Ф.Кулешов, С. А. Ханаев. 1986.Автономный прозрачномер -Океанология, ХХVI, вып.6, 1028 -1032.Кахру, М., С. Чьсмманн, Э.Алликас. 1989. Комплекс дляизученияпространственногораспределения планктона. -Океанология, ХХIХ, вып. 4., 670 - 674.Ли, М. Е. 1980. Погружаемыйавтоколлимационный прозрачномер. -В Оптические методы изученияокеанов и внутренных водоемов.Талин, Институт термо- иэлектрофизики АН ЭССР, 291 - 295.L i e b e r m a n, S.H., G.D. G I l b e r t, P.F.S e l I g m a n, A.W. D I b e l k a. 1984.Relationship between chlorophyll 'a'fluorescence and underwater lighttransmission in coastal waters offSouthern California. - Deep Sea Research,31, No 2, 171 - 180.An express method for plankton abundance detection insea waterAtanas Palazov(Summary)The increased abundance of plankton under the influence of high level eutrophication ofBlack Sea as a stratified basin, result in a dramatic change of the optical properties of the watermasses especially in the coastal regions. Light attenuation in the water could be used forplankton abundance assessment and communities aggregation down the water column.A special device has been constructed based on measuring of an optic system directed lightbeam attenuation in water. The relationship between light attenuation and total planktonabundance and chlorophyll 'a' fluorescence is evaluated in laboratory experiments on sea watersamples with molded plankton biomass.A good relationship between light attenuation and total phyto- and zooplankton biomass aswell as chlorophyll 'a' fluorescence has been established.The results may serve as a calibration of the device for in-situ application.Постъпила 13.10.1993 г.