ВВЕДЕНИЕ
Актуальность исследования. В наше время вопрос изучения экологического состояния (статуса) водных объектов приобретает все большую конкретику и важность для изучения водных экосистем. В России важными составляющими таких исследований являются изучение продуктивности водных объектов, качества поверхностных вод и их токсического загрязнения, оценки эмерджентных (интегративных, присущих системе в целом) свойств водных объектов, таких как устойчивость к изменению параметров естественного (потенциальная устойчивость) режима, антропогенных воздействий и т.п. В Европе, в принятой в 2000 г. Европейской Рамочной Водной Директиве (WFD), одной из главных целей было объявлено достижение «хорошего экологического статуса» (традиционный перевод с англ., лучше переводить – «высокого экологического статуса»), который определяется, главным образом, через качество водных экосистем и способность их полноценно выполнять свое «функциональное назначение». Эти исследования рекомендуется выполнять на основе биологических методов контроля качества воды, в которых значительное место занимают индексы качества воды (BMWP, ASPT, HBI, TBI, EBI и др.), разработанные в ЕС ранее и в последние годы. В связи с этим, в русскоязычной литературе появились термины «хорошее экологическое качество», «хорошее экологическое состояние» и т.п. Эти термины, как правило, соответствуют названию классов качества воды в авторских классификациях, разрабатываемых в ЕС для соответствующих индексов. При этом русскоязычные авторы пишут: «В последнее время в США и в Европе при оценках качества вод в водоемах разного типа наблюдается переход от чисто химического контроля к биологическому. Состояние биоты наиболее адекватно отражает экологическое качество воды, поскольку ее структура и состав формируются под воздействием комплекса факторов характерных для данного водоема. Для оценки видового разнообразия и структуры сообществ были разработаны различные индексы, но они имеют достаточно высокую степень неопределенности, поскольку оценивают лишь один из параметров сообщества» (Семенченко, Разлуцкий, 2007). Для определения экологического состояния (экологического статуса) традиционно анализируются химическое и экологическое состояние водных объектов на основе покомпонентного анализа или на основе индикаторного подхода. В разных странах существуют различные системы и методики, которые адаптированы к условиям стран, регионов, районов и их специфике (J. Albrecht, 2010). В тоже время анализу факторов, формирующих химический и биологический состав и физические свойства среды в водных экосистемах, уделяется несравненно меньшее внимание. То же можно сказать и об оценке скоростей процессов массообмена в водных экосистемах, хотя в публикациях отмечается, что скорости массообмена между компонентами водных экосистем могут оказаться более репрезентативными параметрами оценки экологического состояния, чем биомассы и концентрации компонентов водных экосистем, поскольку последние являются видимым проявлением влияния многих факторов, одновременно действующих на компоненты биоты и абиотическую среду. Сочетание факторов и изменение скоростей массообмена регулируют круговорот веществ и формируют основные экологические функции водоемов и их экосистем, прежде всего способность продуцировать органическое вещество (биопродукционная функция) и способность водной экосистемы подвергать разрушению и разложению мортмассу и растворенные вещества (деструкционная функция) и, тем самым, самоочищаться. То же касается и токсического загрязнения воды и донных отложений. В этом случае исследуются процессы разложения и нейтрализации токсикантов и их смесей, влияние токсикантов на скорости массообмена в экосистеме. С учетом этого, исследование факторов и скоростей массообмена являются безусловно важными для определения экологического состояния (статуса) водных объектов. Это обуславливает также необходимость их алгоритмической реализации при разработке экологических моделей. Не меньший интерес вызывает исследование влияния факторов среды и биоты на формирование состава и режимные характеристики арктических водоемов. Этот интерес усиливается тем, что «за последние полвека Арктика теплеет в два раза быстрее, чем остальной мир» и что «трансформация Арктики в менее суровый и биологически иной регион идет полным ходом». Объектами исследования являются озеро Большое Волковское (Суури) в Северо-Западном Приладожье, а также водоем Арктической Зоны России (АЗР) – озеро Чунозеро в Лапландском заповеднике Мурманской области. Предметами исследования являются факторы, скорости массообмена, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме, продукционная и деструкционная функции водных экосистем. Целью исследования являлась разработка моделей учета влияния факторов на формирование продукции и деструкции органического вещества в водных экосистемах Северо-Запада и АЗР, сравнительная оценка влияния факторов и скоростей на экологические функции водных экосистем (биопродукционную, деструкционную) на основе моделирования и натурных наблюдений. Для выполнения поставленной цели в ходе работы решались следующие задачи: Разработать теоретико-методологические основы исследования влияния факторов, определяющих скорости массообмена и основные функции водных экосистем. На основе полевых исследований выявить основные факторы, влияющие на продукционно-деструкционные отношения в водной экосистеме и разработать модели влияния факторов и их сочетаний на продукцию и деструкцию органического вещества в водоеме. Сформировать информационную базу для оценки влияния факторов на продукцию и деструкцию органического вещества для водоемов в северо-западном Приладожье и АЗР, изменение D/P-отношений. На основе натурных данных, собранных в полевых условиях для малого озера в северо-западном Приладожье и информационной базы GEMStat водоема АЗР оценить влияние факторов на продукцию и деструкцию, выполнить проверку адекватности моделирования продукции и деструкции, D/P-отношения на основе натурных наблюдений на озере в северо-западном Приладожье.  Разработать алгоритм оценки влияния факторов на экологические функции водной экосистемы (биопродукционную, деструкционную). Новизна работы заключается в разработке моделей оценки изменения факторов и скоростей массообмена в водной экосистеме АЗР и оценки влияния факторов на основные экологические функции и экологический статус водоема. Практическая значимость. Этапы исследования, модельные представления, оценочные шкалы, выводы, полученный опыт, публикация результатов могут использоваться при оценках изменения влияния факторов и скоростей массообмена, экологических функций и экологического состояния водных объектов, для оценки сезонных и межгодовых изменений экологического статуса водоемов, планировании воздействия на водные объекты. Это обуславливает практическую значимость исследования.
В статье рассматривается актуальность изучения факторов и скоростей массообмена в водных экосистемах, их влияние на продукционно-деструкционные отношения и экологические функции. Рассматриваются особенности влияния факторов на продукционную и деструкционную функции в водоемах Северо-Запада России и Арктической Зоны России. Предлагается алгоритм оценки влияния факторов на экологические функции водных экосистем.