Романенко Основы гидроэкологии. Р69 Основы гидроэкологии Учебн для студентов высших учебных заведений. К генеза, 2004. 664 с 1
 Скачать 7.62 Mb.
|
|
37 Основы гидроэкологии ют условия существования гидробионтов разных трофических уровней. Характерным для речных систем является значительное биоразнообразие растений и животного населения. Рипаль характеризуется наличием зарослей высших водных растений, в которых живет большое количество водных животных. В открытой зоне реки, где скорость воды высока, видовое разнообразие гидробионтов и их численность ниже, поскольку Количество воды, переносимое рекой за определенный отрезок времени, характеризует водность реки, а объем воды, который протекает через живое сечение потока (плоскость, ограниченная снизу профилем русла, а сверху - водной поверхностью) в единицу времени - затраты воды. В направлении от истоков к устью река имеет продольную зональность. Поток разделяют на верхнее, среднее и нижнее течения. В местах впадения реки в море значительные площади мелко- водий формируют дельту или узкие морские заливы - эстуарии. Уровень воды в реке, ее гидрохимический режим, скорость течения, прозрачность, наличие поверхностного стока, характер грунтов и другие абиотические факторы определяют особенности формирования живого населения речных экосистем. Скорость течения постепенно падает от истоков к устью. На равнинных реках в меженный период она составляет в среднем около 1 мс, а вовремя наводнения возрастает до 1,5-2 мс. Намного выше скорость течения в горных реках (5-6 мс. В связи стем, что водные потоки способствуют размыванию грунтов или их эрозии, ложе рек в среднем течении приобретает извилистую форму. При этом образуются излучины, или меандры реки (рис. 3 цв. илл. В тех случаях, когда происходит естественное спрямление русла реки, меандры остаются отделенными от основного русла и превращаются в изолированные старицы Меандры, не утратившие связи с основным течением реки, образуют разные заливы и протоки. Морфологические особенности реки определяют характер водных потоков в ней и ее гидрологический режим в целом. Поток воды в реках имеет турбулентный характер, обусловленный наличием разнообразных неровностей на дне ложа. Вследствие этого формируются круговороты. Они способствуют перемешиванию воды и насыщению ее кислородом. Среди абиотических факторов речных систем, которые влияют на гидробионтов, наиболее существенными являются половодья и паводки. Они определяются уровнем дождевых осадков и снеготаянием. Талые воды имеют невысокую минерализацию и вовремя весеннего половодья интенсивно промывают речные системы, в которых на протяжении зимних месяцев накапливается значительное количество отмерших организмов, органических и минеральных веществ и загрязняющих веществ антропогенного происхождения Раздел Гидросфера Во время наводнения уровень воды в реках может подниматься нам. При этом интенсивно размываются берега ив воду поступает большая масса взвешенных частиц, вода становится более мутной и менее прозрачной. В меженный период водность рек значительно падает, повышается температура воды и ее прозрачность. Глава 2. Водная экосистема, ее состав и место в биосфере. Экосистема как структурно-функциональная составляющая биосферы Из всех сфер Земли лишь на ее поверхности, которая включает определенную часть литосферы, гидросферу и атмосферу, есть живое население. В связи с этим часть земной поверхности, охватывающая нижний слой атмосферы (тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы и характеризующаяся протеканием активных жизненных процессов, называется биосферой. Впервые к пониманию роли биологических процессов в образовании геологических структур пришел Ламарк в книге «Гидрогеология», напечатанной в 1802 г. [60]. Сам же термин «биосфера» был введен в научную литературу в 1875 г. Э. Зюссом при описании живого покрова Земли в книге «Происхождение Альп» [133]. Он сузил содержание этого термина лишь до констатации наличия живого населения в геосферной оболочке Земли. Целостное учение о биосфере как об активной оболочке Земли, в которой совокупная деятельность живых организмов, в том числе и человека, проявляется как геохимический фактор планетарного масштаба и значения, создал Вернадский. Это концептуальное положение нашло отражение во многих его работах, в частности в книгах Биосфера [14] и Химическое строение биосферы Земли и ее окружения» В.И. Вернадский - не только создатель учения о биосфере, но и основатель геохимии и биогеохимии. Рассматривая геохимическую связь литосферы, гидросферы, атмосферы и биосферы сточки зрения эволюции жизни на Земле, В.И. Вернадский показал не только влияние неживых (косных) элементов природы на живые организмы, но и обратное влияние биоты на абиотическую среду и протекание геологических процессов на протяжении всей истории нашей планеты. Можно без преувеличения утверждать, - писал он, - что химическое состояние внешней коры нашей планеты, геосферы, полностью находится под влиянием жизни Основы гидроэкологии ределяется живыми организмами. Безусловно, что энергия, благодаря которой биосфера приобрела свой обычный вид, имеет космическое происхождение. Она поступает от Солнца в форме лучистой энергии. Но именно живые организмы, совокупность жизни, преобразуют эту космическую лучистую энергию в земную, химическую, и создают бесконечное разнообразие нашего мира Биосфера охватывает верхнюю часть земной поверхности, водную среду Мирового океана и континентальных водоемов, практически всю тропосферу. От наибольшей океанической глубины до высочайшей отметки тропосферы, где обнаруживаются живые организмы, расстояние (по вертикали) достигает 20 км. Косные элементы биосферы - это воздух, вода и земля. В биосфере живые организмы и среда их обитания органически связаны между собой и взаимодействуют друг с другом, образуя целостную динамическую систему. Поэтому биосферу можно рассматривать как совокупность экосистем, или биогеоценозов. По В.Н. Сукаче- ву биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биотических) и косных (грунты, водная толща, приземной слой атмосферы, солнечная энергия и др) компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый природный комплекс Совокупность таких комплексов образует биоценотический покров Земли, те. всю биосферу. Составной частью биосферы является гидробиосфера — часть биосферы, расположенная в пределах водной оболочки Земли, а по Вернадскому — это совокупность живого вещества, которое содержится в гидросфере Земли, или биосфера, которая пронизывает гидросферу». Структурно-функциональными элементами биосферы являются экосистемы (для гидробиосферы — соответственно водные экосистемы). Экосистема - это совокупность живых организмов, связанных между собой потоками вещества и энергии, и неживых компонентов их среды обитания, принимающих участие в процессах метаболического обмена В соответствии с определением Ю. Оду- ма [77], экосистемой называются только такие объединения живых организмов и окружающей среды, которые характеризуются определенной стабильностью и имеют четко функционирующий внутренний круговорот веществ Вводной экосистеме неразрывно связаны неживая среда (абиотические компоненты - вода, донные отложения и физико-химические факторы среды) и биота — многокомпонентный комплекс сообществ и популяций растений, животных, микроорганизмов. Составной частью экосистемы является биоценоз Этот термин впервые предложил в 1877 г. К. Мебиус (К. Mobius) для характе- 40 Раздел I. Гидросфера ристики колонии устриц водной из морских банок (отмели. Согласно К. Мебиусу биоценоз — это объединение живых организмов, по своему составу, численности видов и особей приспособленное к некоторым средним условиям среды, в которой организмы связаны между собой и сохраняются благодаря постоянному размножению в определенных местах. Уже в этом определении отдавалось должное водной среде как абиотическому фактору, от которого зависит существование водных организмов. В тоже время К. Мебиус рассматривал биоценоз только как сообщество видов и особей, численность которых постоянно ограничивается жизненными условиями. Именно от них и зависела, по его мнению, численность и биомасса устриц. Вместе стем в определении К. Мебиуса не уделялось должного внимания взаимосвязям живых компонентов устричной банки сводной средой, в которой они живут. В более полном понимании биоценоз - это совокупность растений, животных и микроорганизмов, которые населяют участок суши или акваторию и характеризуются определенными отношениями как между собой, таки с абиотическими факторами среды. Биоценоз - совокупность организмов, входящих в состав экосистемы, сформировавшаяся вследствие борьбы за существование путем естественного отбора и других факторов эволюции. Как правило, биоценозы существуют в определенных условиях. Это может быть песчаное или заиленное дно, медленное или быстрое течение воды, низкий или высокий уровень ее минерализации, насыщенности кислородом и т. п. Условия среды существенным образом влияют на распространение водных растений и животных Биотоп под которым понимают участок земной поверхности (суши или водоема) с однотипными абиотическими условиями среды, занимаемый тем или иным биоценозом, осваивается популяциями гидробионтов разных видов, что и определяет характер биоценоза. Вместе стем живые организмы влияют на окружающую среду, свойства воды, состав донных отложений и др. Поэтому биотоп и биоценоз составляют единое целое. В естественных условиях никогда не бывает исключительно фито-, бактерио- или зооценозов. Там, где есть растительное сообщество, обязательно живут микроорганизмы, беспозвоночные животные, рыбы. Важными абиотическими факторами, влияющими на видовое разнообразие определенной акватории, являются условия окружающей среды (характер грунта, физико-хими- ческие свойства воды, гидрологический режим водоема и др.). Приспособленные к определенным акваториям сообщества гидробионтов взаимодействуют как между собой, таки с окружающей средой, поэтому понятия биотоп и биоценоз при описании водных экосистем следует применять в едином контексте Основы гидроэкологии Если речь идет о более широких масштабах расселения организмов, пользуются терминами «биом» и биота Биом - это совокупность организмов, которые живут в пределах водного объекта или какого-либо региона Биота — это обобщенный термин для обозначения флоры и фауны (растительного и животного населения) определенных территорий или акваторий. Термины экосистема, биотоп и биоценоз относятся как к водным, таки к наземным экосистемам. В функционировании водных и наземных экосистем есть свои специфические особенности. Вводной среде формируются наиболее благоприятные условия для метаболических взаимоотношений гидробионтов, тогда как наземные сообщества растений и животных пространственно более разделены наземной и воздушной средами и метаболические взаимоотношения в этих условиях проявляются менее четко, чему гидробионтов. Для оценки состояния водных экосистем важное значение имеет характеристика биоты по трофическим (особенности утилизации вещества и энергии, систематическим (таксономическая родственность видов и групп организмов) и топическим (приуроченность к биотопам) признакам. Структура биоты является отображением функционального состояния водных экосистем ив тоже время определяет его. Она влияет на процессы трансформации веществ и потока энергии, формирование качества воды и биологическую продуктивность водоемов. Сообщества гидробионтов отдельных экологических зон водных экосистем Отдельные виды гидробионтов и их сообщества приспособлены к определенным условиям существования в водоемах. Одни организмы все время находятся в толще воды, другие живут на поверхности дна или зарываются в донные грунты. Есть и такие, которые закрепляются на подводных частях или на погруженных вводу твердых предметах В зависимости от преобладающего местообитания биота водных экосистем подразделяется на такие экологические сообщества планктон, нектон, бентос, перифитон, пелагобентос, нейстон и плейстон. Планктон - это совокупность организмов, населяющих толщу воды морей, океанов и поверхностных вод суши. В состав планктона входят микроводоросли, бактерии, коловратки и другие организмы, которые не могут противодействовать переносу их водой Раздел I. Гидросфера из-за отсутствия или недоразвития органов движения. Основным признаком планктонных гидробионтов (или планктонтов) является их пассивное плавание, или парение, вводе, полная зависимость их передвижения в толще воды от динамики водных масс. Планктонные организмы могут находиться в толще воды в течение всей жизни (голопланктон) или лишь на отдельных стадиях развития По местообитаниям (основным типам водных объектов) различают планктон океанический, морской, или талассопланктон (от греч. таласса - море, озерный, или планктон прудов, болот и луж - гелеопланктон и речной -тон Различают также пелагический (организмы, обитающие в толще воды или на ее поверхности) и придонный планктон, хотя граница между ними довольно условная, так как зоопланктонные организмы способны к суточным вертикальным миграциями в разное время суток могут находиться на большем или меньшем расстоянии от поверхности или дна водоемов в зависимости от уровня освещенности, наличия пищи и др. Для сбора придонного планктона применяют батометры всасывающие приборы или специальные ловушки, использующие явление фототаксиса (например, направленные движения планктонных ракообразных под влиянием красного и синего света проводят также лов на свет прожекторов. По систематическому признаку планктон подразделяют на фитопланктон (водоросли бактериопланктон и зоопланктон. Фитопланктон представлен водорослями разных систематических групп, обитающими в толще морских, солоноватых и пресных вод. Морской фитопланктон состоит преимущественно из диатомовых, динофитовых, и других водорослей. Они населяют толщу морской воды до глубины 100 м. Именно на такую глубину проникает солнечный свет, используемый автотрофными организмами в процессах фотосинтеза. Основными представителями пресноводного фитопланктона являются диатомовые, синезеленые и зеленые водоросли. В его состав входят также золотистые, эвгленовые, динофитовые, желтозеленые и другие водоросли. Он распространен до глубины 20-40 м. На формирование фитопланктона существенным образом влияет гидрологический и гидрохимический режим водных объектов, освещенность воды и другие факторы. Фитопланктон играет важную роль в формировании качества воды и биопродуктивности водоемов. Он является источником первичной продукции и внутриводоемного насыщения растворенным кислородом. При массовом развитии фитопланктона (цветении воды) после его отмирания может резко ухудшаться качест- 43 Основы гидроэкологии во воды (самозагрязнение водоемов. Организмы фитопланктона являются индикаторами (показателями) качества воды при экологической оценке состоит из бактерий разных физиологических групп. Его состав и количественные показатели зависят от наличия органических веществ, температурного и кислородного режима, солевого состава и других факторов. Среди бактерий встречаются очень мелкие формы - которые можно выделить только с помощью мембранных ультра- фильтров и рассматривать лишь под электронным микроскопом. Зоопланктон - совокупность водных беспозвоночных животных, которые населяют толщу морских и пресных вод. Это простейшие, кишечнополостные, ветвистоусые и веслоногие ракообразные, коловратки, велигеры (личинки) моллюсков, личинки креветок и др. Среди них есть организмы, способные к активному перемещению вводе. Так, представители ветвистоусых ракообразных дафнии перемещаются прыжками, веслоногие ракообразные по принципу реактивного движения. Те и другие способны также к вертикальным миграциям - от поверхности до дна и наоборот. Составной частью морского зоопланктона является также их тиопланктон — икра и личинки некоторых видов рыб. Встречаются довольно крупные организмы, например медуза Суапеа (диаметр дом. Парению зоопланктонтов вводе способствуют значительная поверхность их тела, наличие в нем жировых включений и газовых вакуолей. Размеры зоопланктонных организмов весьма разнообразны; различают: — организмы величиной более 1 м, макропланктон см мезопланктон - 1—10 мм микропланк- тон — 0,05—1 мм (50—100 мкм нанопланктон — менее 0,05 мм (менее 50 мкм Микропланктон — это микроскопические простейшие, коловратки, личинки беспозвоночных Мезопланктон состоит из мелких рачков организмы - это, в основном, мизиды, креветки, небольшие медузы. К мегалопланк тону относятся беспозвоночные очень крупных размеров — медузы и др. Планктон вместе сов воде частицами, которые попадают в орудия лова (планктонные сетки и др, называется сестон. Плейстон — которые удерживаются на поверх воды или ведут полупогруженный образ жизни. Их общее название -- плейстонты. Среди них больше всего морских организмов. К плейстону относятся, например, бурые водоросли класса циклоспоровых, в частности саргассум плавающий (Sargassum которые в огромном количестве плавают на поверхности Саргассова моря. Отрываясь от материнских донных растений Раздел I. Гидросфера саргассовые водоросли вертикальным течением, характерным для этого моря, поднимаются на поверхность воды, где и размножаются вегетативным делением. Именно от этих водорослей и произошло название Саргассова моря. У многих плейстонтов имеются газовые пузырьки или пенистые поплавки, с помощью которых организмы удерживаются на поверхности воды. Пузырьки обнаружены у сифонофор Physalia, актиний Minyas, моллюсков и некоторых других — совокупность морских или пресноводных организмов, которые живут у пленки поверхностного натяжения воды. Они могут прикрепляться к этой пленке или передвигаться по ней снизу или сверху (эпинейстон). Впервые такое явление было описано в 1917 г. Э. Нейманом для бактерий. Позже в «пленке жизни были обнаружены микроводоросли, простейшие и другие беспозвоночные. Продолжительное время считалось, что в таком поверхностном слое воды могут концентрироваться только представители пресноводной флоры и фауны, а для морских акваторий с интенсивным ветровыми штормовым перемешиванием воды существование нейстона не признавалось. Однако в сантиметровом поверхностном слое воды нейстон развивается ив морских экосистемах. Этому способствует наибольшая освещенность воды, ее насыщенность кислородом, благоприятный солевой режим и оптимальные температурные условия В состав нейстона входит относительно небольшое количество организмов — простейшие, одноклеточные водоросли, бактерии, мелкие легочные моллюски. Все они обитают ниже пленки поверхностного натяжения воды. К нейстону морских водоемов относится также икра и личинки рыб, получившие название их- тионейстон. На поверхности пленки в пресных водоемах можно наблюдать быстро бегающих клопов-водомерок. Здесь же живут личинки комаров, жуки-вертяч- кии другие мелкие беспозвоночные (рис. Нектон — совокупность достаточно подвижных организмов (нектон- тов. Среди них выделяются активно плавающие в толще воды пелагические рыбы, кальмары, китообразные, дельфины, которые могут противодействовать течению воды и самостоятельно перемещаться на значительные расстояния. Нектонные животные имеют обтекаемую форму тела и развитые двигательные органы. Рис. 6. Водяные клопы-во- домерки на поверхностной пленке озера [47]. |