Developing model algorithms for the influence of environmental factors on the speed of mass exchange and matter transformation in aquatic ecosystems

Abstract

Выпускная квалификационная работа посвящена исследованию влияния факторов на скорости процессов массообмена, трансформации и транслокации вещества в водной экосистеме Невской губы Финского залива. Актуальность работы определяется недостаточностью теоретических и экспериментальных исследований, по оценке влияния факторов на скорости процессов массообмена и трансформации вещества в водных экосистемах, а также отсутствием унифицированных подходов для совместного учёта влияния факторов на скорости обменных процессов и экологические функции экосистем. В первом разделе работы были обобщены теоретико-методологические и авторские подходы к оценке влияния факторов на скорости обменных процессов в водной экосистеме. Результаты данных обобщений послужили основой для создания авторской пространственно-однородной 14 компонентной модели круговорота углерода, азота, фосфора и других веществ в мелководной экосистеме «CNPXO 2024». Во втором разделе было проведено моделирование внутригодового цикла развития водной экосистемы на основе трех основных моделей совместного учета влияния факторов на процесс новообразования первичной продукции. В третьем разделе работы выполнено исследование адекватности модели, а также проведена серия экспериментов по оценке влияния факторов на скорости обменных процессов. В сценариях рассмотрено, как изменится состояние водной экосистемы в экспериментах с увеличением температуры воды, содержания в воде минерального фосфора, совместном учете повышения температуры и концентрации минерального фосфора, изменением режима мутности и др.

The final qualification work is devoted to the study of the influence of factors on the rates of mass transfer, transformation and translocation of matter in the aquatic ecosystem of the Neva Bay of the Gulf of Finland. The relevance of the work is determined by the lack of theoretical and experimental studies to assess the impact of factors on the rates of mass transfer and transformation of matter in aquatic ecosystems, as well as the lack of unified approaches for joint accounting of the influence of factors on the rates of metabolic processes and ecological functions of ecosystems. In the first section of the work, theoretical, methodological and author's approaches to assessing the influence of factors on the rate of metabolic processes in the aquatic ecosystem were summarized. The results of these generalizations served as the basis for the creation of the author's spatially homogeneous 14-component model of the circulation of carbon, nitrogen, phosphorus and other substances in a shallow water ecosystem "CNPXO 2024". In the second section, modeling of the intra-annual cycle of development of the aquatic ecosystem was carried out on the basis of three main models of joint accounting of the influence of factors on the process of new formation of primary production. In the third section of the work, a study of the adequacy of the model was carried out, as well as a series of experiments were carried out to assess the influence of factors on the rate of metabolic processes. The scenarios consider how the state of the aquatic ecosystem will change in experiments with an increase in water temperature, mineral phosphorus content in water, joint accounting of temperature increase and concentration of mineral phosphorus, changes in the turbidity regime, etc.