Экосистемы водных ресурсов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Экосистема - основное понятие экологии. Это совокупность сосуществующих видов растений, животных, грибов, микроорганизмов, взаимодействующих между собой и с окружающей их средой обитания таким образом, что такое сообщество может сохраняться и функционировать на протяжении длительного периода геологического времени. Сообщества взаимодействующих живых организмов представляют собой не случайный набор видов, а вполне определенную систему, достаточно устойчивую, связанную многочисленными внутренними связями, с относительно постоянной структурой и взаимообусловленным набором видов. Такие системы принято называть биотическими сообществами, или биоценозами (от лат. - "биологическое сообщество"), а системы, включающие совокупность живых организмов и среду их обитания, - экосистемами. Термин "биогеоценоз", также обозначает совокупность биологического сообщества и среды его обитания, но в несколько ином контексте. Биотическое сообщество (биоценоз) состоит из сообщества растений (фитоценоз), сообщества животных (зооценоз), сообщества микроорганизмов (микробоценоз). Все организмы Земли и среда их обитания также представляют собой экосистему высшего ранга - биосферу. Биосфера также обладает устойчивостью и другими свойствами экосистемы. Особенно важно равновесие и благополучие водных экосистем на Планете, так как водные ресурсы требуют постоянной охраны и преумножения.

Вода и жизнь - понятия неразделимые. Вода на Земле может существовать в трёх основных состояниях -- жидком, газообразном и твёрдом и приобретать различные формы, которые могут одновременно соседствовать друг с другом: водяной пар и облака в небе, морская вода и айсберги, ледники и реки на поверхности земли, водоносные слои в земле. Вода способна растворять в себе множество органических и неорганических веществ.

Загрязнение атмосферы, принявшее крупномасштабный характер, нанесло ущерб рекам, озерам, водохранилищам, почвам. Загрязняющие вещества и продукты их превращений рано или поздно из атмосферы попадают на поверхность Земли. Эта и без того большая беда значительно усугубляется тем, что и в водоемы, и на землю непосредственно идет поток отходов. Огромные площади сельскохозяйственных угодий подвергаются действию различных пестицидов и удобрений, растут территории свалок. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды прямо в реки. Стоки с полей также поступают в реки и озера. Загрязняются и подземные воды - важнейший резервуар пресных вод. Загрязнение пресных вод и земель бумерангом вновь возвращается к человеку в продуктах питания и питьевой воде. Даже пресной мы называем воду с содержанием растворенных солей до 1г на литр. Ведь почти все запасы мировой воды - это соленые воды Мирового океана и подземных кладовых.

Пресные водные ресурсы существуют благодаря вечному круговороту воды. В результате испарения образуется гигантский объем воды, достигающий 525 тыс. км в год. (из-за неполадок шрифта объемы воды указаны без кубометров: (86% этого количества приходится на соленые воды Мирового океана и внутренних морей - Каспийского. Аральского и др.; остальное испаряется на суше, причем половина благодаря транспирации влаги растениями. Каждый год испаряется слой воды толщиной примерно 1250мм. Часть ее вновь выпадает с осадками в океан, а часть переносится ветрами на сушу и здесь питает реки и озера, ледники и подземные воды. Природный дистиллятор питается энергией Солнца и отбирает примерно 20% этой энергии. Всего 2% гидросферы приходится на пресные воды, но они постоянно возобновляются. Скорость возобновления и определяет доступные человечеству ресурсы. Большая часть пресных вод -85%- сосредоточена во льдах полярных зон и ледников. Скорость водообмена здесь меньше, чем в океане, и составляет 8000 лет. Поверхностные воды суши обновляются примерно в 500 раз быстрее, чем в океане. Еще быстрее, примерно за 10-12 суток, обновляются воды рек. Наибольшее практическое значение для человечества имеют пресные воды рек.

Реки всегда были источником пресной воды. Но в современную эпоху они стали транспортировать отходы. Отходы на водосборной территории по руслам рек стекают в моря и океаны. Большая часть использованной речной воды возвращается в реки и водоемы в виде сточных вод. До сих пор рост очистных сооружений отставал от роста потребления воды. И на первый взгляд в этом заключается корень зла. На самом деле все обстоит гораздо серьезнее. Даже при самой совершенной очистке, включая биологическую, все растворенные неорганические вещества и до 10% органических загрязняющих веществ остаются в очищенных сточных водах. Такая вода вновь может стать пригодной для потребления только после многократного разбавления чистой природной водой. И здесь для человека важно соотношение абсолютного количества сточных вод, хотя бы и очищенных, и водного стока рек. Мировой водохозяйственный баланс показал, что на все виды водопользования тратится 2200км воды в год. На разбавление стоков уходит почти 20% ресурсов пресных вод мира. Расчеты на 2000 г. в предположении, что нормы водопотребления уменьшатся, а очистка охватит все сточные воды, показали, что все равно ежегодно потребуется 30-35 тыс.км пресной воды на разбавление сточных вод. Это означает, что ресурсы полного мирового речного стока будут близки к исчерпанию, а во многих районах мира они уже исчерпаны. Ведь 1 км очищенной сточной воды "портит" 10 км речной воды, а не очищенной в 3-5 раз больше. Количество пресной воды не уменьшается, но ее качество резко падает, она становится не пригодной для потребления.

Человечеству придется изменить стратегию водопользования. Необходимость заставляет изолировать антропогенный водный цикл от природного. Практически это означает переход на замкнутое водоснабжение, на маловодную или малоотходную, а затем на "сухую" или безотходную технологию, сопровождающуюся резким уменьшением объемов потребления воды и очищенных сточных вод.

Запасы пресной воды потенциально велики. Однако в любом районе мира они могут истощиться из-за нерационального водопользования или загрязнения. Число таких мест растет, охватывая целые географические районы. Потребность в воде не удовлетворяется у 20% городского и 75% сельского населения мира. Объем потребляемой воды зависят от региона и уровня жизни, и составляет от 3 до 700л в сутки на одного человека. Потребление воды промышленностью также зависит от экономического развития данного района.

Например, в Канаде промышленность потребляет 84% всего водозабора, а в Индии -1%. Наиболее водоемкие отрасли промышленности -сталелитейная, химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная и пищевая. На них уходит почти 70% всей воды, затрачиваемой в промышленности. В среднем в мире на промышленность уходит примерно 20% всей потребляемой воды.

Главный же потребитель пресной воды - сельское хозяйство: на его нужды уходит 70-80% всей пресной воды. Орошаемое земледелие занимает лишь 15-17% площади сельскохозяйственных угодий, а дает половину всей продукции. Почти 70% посевов хлопчатника в мире существует благодаря орошению. Суммарный сток рек СНГ (СССР) за год составляет 4720 км. Но распределены водные ресурсы крайне неравномерно. В наиболее обжитых регионах, где проживает до 80% промышленной продукции и находится 90% пригодных для сельского хозяйства земель, доля водных ресурсов составляет всего 20%. Многие районы страны недостаточно обеспечены водой. Это юг и юго-восток европейской части СНГ, Прикаспийская низменность, юг Западной Сибири и Казахстана, и некоторые другие районы Средней Азии, юг Забайкалья, Центральная Якутия.

Наиболее обеспечены водой северные районы СНГ, Прибалтика, горные районы Кавказа, Средней Азии, Саян и Дальнего Востока.

Сток рек изменяется в зависимости от колебаний климата. Вмешательство человека в естественные процессы затронуло уже и речной сток. В сельском хозяйстве большая часть воды не возвращается в реки, а расходуется на испарение и образование растительной массы, так как при фотосинтезе водород из молекул воды переходит в органические соединения. Для регулирования стока рек, не равномерного в течение года, построено 1500 водохранилищ (они регулируют до 9% всего стока). На сток рек Дальнего Востока, Сибири и Севера европейской части страны хозяйственная деятельность человека пока почти не повлияла. Однако в наиболее обжитых районах он сократился на 8%, а у таких рек, как Терек, Дон, Днестр и Урал, - на 11-20%. Заметно уменьшился водный сток в Волге, Сырдарье и Амударье. В итоге сократился приток воды к Азовскому морю - на 23%, к Аральскому - на 33%. Уровень Арала упал на 12,5 м.

Ограниченные и даже скудные во многих странах запасы пресных вод значительно сокращаются из-за загрязнения. Обычно загрязняющие вещества разделяют на несколько классов в зависимости от их природы, химического строения и происхождения.

Органические материалы поступают из бытовых, сельскохозяйственных или промышленных стоков. Их разложение происходит под действием микроорганизмов и сопровождается потреблением растворенного в воде кислорода.

Если кислорода в воде достаточно и количество отходов невелико, то аэробные бактерии довольно быстро превращают их в сравнительно безвредные остатки. В противном случае деятельность аэробных бактерий подавляется, содержание кислорода резко падает, развиваются процессы гниения. При содержании кислорода в воде ниже 5мг на 1 литр, а в районах нереста - ниже 7 мг многие виды рыб погибают.

Болезнетворные микроорганизмы и вирусы содержатся в плохо обработанных или совсем не обработанных канализационных стоках населенных пунктов и животноводческих ферм. Попадая в питьевую воду, патогенные микробы и вирусы вызывают различные эпидемии, такие, как вспышки сальмонеллиоза, гастроэнтерита, гепатита и др. В развитых странах в настоящее время распространение эпидемий через общественное водоснабжение происходит редко. Могут быть заражены пищевые продукты, например овощи, выращиваемые на полях, которые удобряются шламами после очистки бытовых сточных вод (от немецкого слова Schlamme - буквально грязь). Водные беспозвоночные, например устрицы или другие моллюски, из зараженных водоемов служили часто причиной вспышек брюшного тифа. Питательные элементы, главным образом соединения азота и фосфора, поступают в водоемы с бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Увеличение содержания нитритов и нитратов в поверхностных и подземных водах ведет к загрязнению питьевой воды и к развитию некоторых заболеваний, а рост этих веществ в водоемах вызывает их усиленную эвтрофикацию (увеличение запасов биогенных и органических веществ, из-за чего бурно развиваются планктон и водоросли, поглощая весь кислород в роде).

К неорганическим и органическим веществам также относятся соединения тяжелых металлов, нефтепродукты, пестициды (ядохимикаты), синтетические детергенты (моющие средства), фенолы. Они поступают в водоемы с отходами промышленности, бытовыми и сельскохозяйственными сточными водами. Многие из них в водной среде либо вообще не разлагаются, либо разлагаются очень медленно и способны накапливаться в пищевых цепочках.

Увеличение донных осадков относится к одному из гидрологических последствий урбанизации. Их количество в реках и водоемах постоянно возрастает из-за эр хозяйства, сведения лесов, а также зарегулированности речного стока. Это явление приводит к нарушению экологического равновесия в водных системах, пагубно действует донные организмы.

Источником теплового загрязнения служат подогретые сбросные воды теплоэлектростанций и промышленности. Повышение температуры природных вод изменяет естественные условия для водных организмов, снижает количество растворенного кислорода, изменяет скорость обмена веществ. Многие обитатели рек, озер или водохранилищ гибнут, развитие других подавляется.

Еще несколько десятилетий назад загрязненные воды представляли собой как бы острова в относительно чистой природной среде. Сейчас картина изменилась, образовались сплошные массивы загрязненных территорий.

Нефтяное загрязнение Мирового океана, несомненно, есть самое распространенное явление. От 2 до 4% водной поверхности Тихого и Атлантического океанов постоянно покрыто нефтяной пленкой. В морские воды ежегодно поступает до 6 млн. т. нефтяных углеводородов. Почти половина этого количества связана с транспортировкой и разработкой месторождений на шельфе. Континентальное нефтяное загрязнение поступает в океан через речной сток.

Реки мира ежегодно выносят в морские и океанические воды более 1,8 млн.т. нефтепродуктов. В море нефтяное загрязнение имеет различные формы. Оно может тонкой пленкой покрывать поверхность воды, а при разливах толщина нефтяного покрытия вначале может составлять несколько сантиметров. С течением времени образуется эмульсия нефти в воде или воды в нефти. Позже возникают комочки тяжелой фракции нефти, нефтяные агрегаты, которые способны долго плавать на поверхности моря. К плавающим комочкам мазута прикрепляются разные мелкие животные, которыми охотно питаются рыбы и усатые киты. Вместе с ними они заглатывают и нефть. Одни рыбы от этого гибнут, другие насквозь пропитываются нефтью и становятся непригодны для употребления в пищу из-за неприятного запаха и вкуса.

Все компоненты нефти - токсичны для морских организмов. Нефть влияет на структуру сообщества морских животных. При нефтяном загрязнении изменяется соотношение видов и уменьшается их разнообразие. Так, обильно развиваются микроорганизмы, питающиеся нефтяными углеводородами, а биомасса стих микроорганизмов ядовита для многих морских обитателей. Доказано, что очень опасно длительное хроническое воздействие даже небольших концентраций нефти. При этом постепенно падает первичная биологическая продуктивность моря. У нефти есть еще одно неприятное побочное свойство. Ее углеводороды способны растворять в себе ряд других загрязняющих веществ, таких, как пестициды, тяжелые металлы, которые вместе с нефтью концентрируются в приповерхностном слое и еще более отравляют его. Ароматическая фракция нефти содержит вещества мутагенной и канцерогенной природы, например бензпирен. Сейчас получены многочисленные доказательства наличия мутагенных эффектов загрязненной морской среды. Бензпирен активно циркулирует по морским пищевым цепочкам и попадает в пищу людей. Наибольшие количества нефти сосредоточены в тонком приповерхностном слое морской воды, играющем особенно важную роль для различных сторон жизни океана. Поверхностные нефтяные пленки нарушают газообмен между атмосферой и океаном. Претерпевают изменения процессы растворения и выделения кислорода, углекислого газа, теплообмена, меняется отражательная способность (альбедо) морской воды. Хлорированные углеводороды, широко применяемые в качестве средств борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками инфекционных болезней, уже многие десятилетия вместе со стоком рек и через атмосферу поступают в Мировой океан. ДДТ и его производные, полихлорбифенилы и другие устойчивые соединения этого класса сейчас обнаруживаются повсюду в Мировом океане, включая Арктику и Антарктику.

Они легко растворимы в жирах и поэтому накапливаются в органах рыб, млекопитающих, морских птиц. Будучи ксенобиотиками, т.е. веществами полностью искусственного происхождения, они не имеют среди микроорганизмов своих "потребителей" и поэтому почти не разлагаются в природных условиях, а только накапливаются в Мировом океане. Вместе с тем они остротоксичны, влияют на кроветворную систему, подавляют ферментативную активность, сильно влияют на наследственность.

Вместе с речным стоком в океан поступают и тяжелые металлы, многие из которых обладают токсичными свойствами. Общая величина речного стока составляет 46 тыс. км. воды в год. Вместе с ним в Мировой океан поступает до 2 млн. т. свинца, до 20 тыс. т. кадмия и до 10 тыс. т. ртути. Наиболее высокие уровни загрязнения имеют прибрежные воды и внутренние моря. Немалую роль в загрязнении Мирового океана играет и атмосфера. Так, например, до 30% всей ртути и 50% свинца, поступающих в океан ежегодно, переносится через атмосферу.

По своему токсичному действию в морской среде особую опасность представляет ртуть. Под влиянием микробиологических процессов токсичная неорганическая ртуть превращается в гораздо более токсичные органические формы ртути. Накопленные благодаря биоаккумуляции в рыбе или в моллюсках соединения метилированной ртути представляют прямую угрозу жизни и здоровью людей. Вспомним хотя бы печально известную болезнь "минамато", получившую название от японского залива, где так резко проявилось отравление местных жителей ртутью. Она унесла немало жизней и подорвала здоровье многим людям, употреблявшим в пищу морские продукты из этого залива, на дне которого накопилось немало ртути от отходов близлежащего комбината. Ртуть, кадмий, свинец, медь, цинк, хром, мышьяк и другие тяжелые металлы не только накапливаются в морских организмах, отравляя тем самым морские продукты питания, но и самым пагубным образом влияют на обитателей моря.

Коэффициенты накопления токсичных металлов, т.е. концентрация их на единицу веса в морских организмах по отношению к морской воде, меняются в широких пределах - от сотен до сотен тысяч, в зависимости от природы металлов и видов организмов. Эти коэффициенты показывают, как накапливаются вредные вещества в рыбе, моллюсках, ракообразных, планктонных и других организмах.

Масштабы загрязнения продуктов морей и океанов так велики, что во многих странах установлены санитарные нормы на содержание в них тех или других вредных веществ. Интересно отметить, что при концентрации ртути в воде, только в 10 раз большей ее естественного содержания, загрязнение устриц уже превышает норму, установленную в некоторых странах. Это показывает, как близок тот предел загрязнения морей, который нельзя переступить без вредных последствий для жизни и здоровья людей.

Однако последствия загрязнения опасные, прежде всего для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших токсинов - рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно они значительны во внутренних морях, морях закрытого типа. В Каспийском, Черном, Балтийском морях за последние 10-20 лет биомасса микроорганизмов выросла почти в 10 раз. В Японском море сущим бедствием стали "красные приливы", следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу.

Загрязнение Мирового океана приводит к постепенному снижению первичной биологической продукции. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря.

В целом для Мирового океана ожидается на ближайшие 20--25 лет рост его загрязнения в 1,5--3 раза. Соответственно этому будет ухудшаться и экологическая ситуация. Концентрации многих токсических веществ могут достигнуть порогового уровня, затем наступит деградация естественной экосистемы.

Ожидается, что первичная биологическая продукция океана может понизиться в ряде крупных районов на 20-30% по сравнению с нынешней.

Сейчас уже ясен путь, который позволит людям избежать экологического тупика. Это безотходные и малоотходные технологии, превращение отходов в полезные ресурсы. Но потребуются десятилетия для воплощения идеи в жизнь.

1. Экосистемы заболоченных территорий

заболоченный утилизация сточный водный

Общим термином «заболоченные территории» называют великое многообразие переувлажненных или полузатопленных участков суши - как внутри материков, так и на морских и океанических побережьях. Это могут быть дельты и поймы рек, болотистые низины, мангровые леса, торфяники и обычные болота.

Заболоченные территории необычайно благоприятны для обитания и плодородны. В их теплых сонных водах полным-полно рыбы, на сочном разнотравье пасется домашний скот, а в густых камышах - настоящий рай для диких животных. Своим богатством и разнообразием животный мир прежде всего обязан обилию растительности, которая служит основой для всех пищевых цепочек. Дельты рек и заросшие водорослями морские отмели в 15 с лишним раз продуктивнее открытого океана, а мангровые заросли - более чем в 20 раз. Болота занимают около 6% поверхности земной суши и встречаются повсюду - от тундры до тропиков.

Солончаковые болота образуются в тихих мелководных заливах умеренных широт, где с годами накапливаются наносы ила и тины. Это распространенные ландшафты речных дельт и морских заливов, отгороженных песчаными и галечниковыми косами. Полностью сформированное солончаковое болото изрезано сетью протоков, по которым движутся приливные волны, а его растительный мир зависит от климатических условий. На добрых 6000 км протянулись солончаковые болота Атлантического побережья Северной Америки, почти сплошь заросшие водорослями. Гораздо богаче флора и фауна болот, окаймляющих на севере Европы берега Северного моря, которые летом радуют глаз пестрыми островками розовой смолевки, лилового кермека и солончаковой астры. Солончаковые растения - галофиты - отлично переносят регулярные морские приливы.

Самое распространенное на таких территориях растение - толстолистый солерос, своими сочными листьями напоминающий растение-суккулент. Он низко стелется по земле и благодаря способности изменять осмотическое давление в тканях может впитывать морскую воду. Солончаковая же астра накапливает соль в листьях и сбрасывает их, когда концентрация достигает определенного предела.

На этих территориях обычно гнездится множество птиц, в Европе это: красноножки, кулики-сороки, жаворонки и обыкновенные чайки. Здесь же часто зимуют дикие гуси. Казарки кормятся солончаковым спорышом и морской травой, серые гуси и гуменники - корневищами исполинского камыша. Обширные поля канадского риса на восточном побережье США щедро кормят огромные стаи овсянок, краснокрылых и рисовых трупиалов. Кроме того, солончаки активно используются для выпаса домашнего скота.

Мангровые леса типичны для прибрежного мелководья тропиков и субтропиков, где на всех возвышенных клочках земли обосновались пальмы Nipa fruticans. Эти леса по преимуществу представляют собой густые заросли мангровых деревьев, корни которых погружены в морскую воду. Самые высокоразвитые мангровые леса, где насчитывается до 60 видов мангровых деревьев, окаймляют берега Юго-Восточной Азии. Эти необычные М деревья демонстрируют поразительные при-с меры адаптации к внешним условиям. Так, огромные воздушные корни красного мангрового дерева растут прямо из ствола высоко над кодой и, словно якоря, удерживают дерево на зыбкой почве. Черное мангровое дерево обладает густой системой подводных корней, находящихся на глубине до 2 м. Из них вырастают вверх дыхательные корни - пневматофоры. У других видоd те же функции выполняют многочисленные коленчатые отростки. Созревшие семена красного мангрового дерева падают в воду и тотчас пускают корни, чтобы отлив не отнес их в море.

Многочисленное население мангровых лесов хорошо приспособилось к жизни на границе между водой и сушей. В сплетении корней и веток чувствуют себя как дома рыбки илистые прыгуны и манящие крабы. Прыгуны резво ползают по жидкой тине, извиваясь всем телом и помогая себе сильными грудными плавниками. С наступлением прилива они крепко цепляются за мангровые корни, пользуясь для этого присоской из сросшихся вместе анальных плавников, а во время отлива подают друг другу сигналы движениями спинных плавников. Илистое мелководье -исконная вотчина манящих крабов. На время отлива они выбираются из нор на поверхность. У самцов одна клешня несоразмерно велика, и они привлекают ею полового партнера либо отпугивают соперников. В мангровых лесах Азии крабами и другими беспозвоночными питаются различные животные и птицы, в том числе собирающие добычу на мелководье макаки-крабоеды, а также аист, лягушки-крабоеды и водяные змеи.

Некогда мангровые леса занимали огромные площади, простираясь далеко на север. Ископаемые семена мангровых деревьев можно найти даже в Эссекских болотах неподалеку от Лондона. Это значит, что 60 млн. лет назад в этих краях росли густые мангровые леса.

В глубине материков часто встречаются низинные и верховые пресноводные болота, трясины и топи. Друг от друга они отличаются уровнем воды, кислотным либо щелочным субстратом и характером растительности.

Если заболоченные низины за лето подсыхают, то уровень воды в обычном болоте более или менее постоянен. Как правило, щелочной субстрат переувлажненных низин служит питательной средой для богатой флоры, в том числе для петрушки, болотной орхидеи и подмаренника. Типичные растения заболоченных низин в умеренных широтах - камыши и такие влаголюбивые виды, как калужница болотная, желтый ирис и болотная орхидея. На обычных болотах растительность повыше -тростник, рогоз, озерный камыш, африканский папирус и некоторые виды деревьев.

Крупнейшая в мире болотная система Эверглейдс в штате Флорида занимает площадь 28 тыс. км. кв. В солоноватых водах ее южной оконечности даже растут мангровые леса. На бескрайних заросших меч-травой болотах разбросаны мелкие островки, облюбованные такими тропическими растениями, как пальмы, красное дерево и золотистый фикус. Зимой, когда уровень воды падает, болотная живность перебирается поближе к сонным протокам или глубоким гнездовым ямам, вырытым аллигаторами. Из мелких млекопитающих здесь водятся енот, водяной кролик, норка, выхухоль, выдра и рысь. Многочисленное птичье население представлено серыми и белыми цаплями, аистами и пеликанами. Большинство птиц кормится рыбой и земноводными. Змеешейка широко распахивает крылья для просушки и без промаха бьет рыбу длинным и острым как кинжал клювом. Коршун-слизнеед, в отличие от других хищников, кормится улитками, добывая их из ракушки тонким крючковатым клювом.

Одной из самых продуктивных экосистем в мире являются заросшие папирусом низинные болота в области Сэдд на юге Судана - излюбленное обиталище травоядного гиганта гиппопотама, вес которого достигает 2,5 тонн. В воде бегемоты кормятся кувшинками, а по ночам выходят на сушу попастись на травке. За ночь один гиппопотам способен съесть около 140 кг зелени. Эти благодушные великаны чистят водоемы от избытка растительности и щедро удобряют воду навозом. В африканских болотах водятся личи и ситатунги, чьи широкие копыта не позволяют проваливаться в жидкую грязь. А в болотах Южной Америки живет самый крупный грызун-вегетарианец - водосвинка. Глаза, уши и ноздри этого отменного пловца посажены в верхней части головы, как у гиппопотама, что вполне отвечает образу его жизни.

В речных поймах (и некоторых болотах) жизнь пробуждается после выпадения обильных дождей, но когда мелкие водоемы пересыхают, здешние обитатели вынуждены приспосабливаться к новым условиям. Брачные периоды многих видов совпадают с колебаниями уровня воды. С приходом паводка начинается бурный рост всех форм растительности, а вместе с нею - насекомых и рыбы. Во время сухого сезона растения гибнут, а рыбе некуда деваться из пересыхающих лужиц. Тогда-то наступает черед птиц и других животных полакомиться даровым уловом и вывести потомство. Болота с их более или менее постоянным уровнем воды - единственный тип переувлажненных земель, где разложение погибшей растительности происходит замедленными темпами, и мертвые растения слой за слоем превращаются в торф. Болота образуются при низких температурах, высокой кислотности, скудости питательных веществ, наличии стоячей воды и нехватке кислорода. Одно время считалось, что торфяники преобладают в высоких широтах северного полушария, но они распространены по всему миру, вплоть до тропиков. Их общая площадь составляет не менее 500 млн. гектаров.

Обширные болота имеются в Ирландии и Северной Шотландии. Это поросшие вереском и пушицей бескрайние топи с более чем 30 видами сфагнума. Болотные растения успешно приспособились к среде с ограниченным количеством питательных минеральных веществ, К примеру, росянка и пузырчатка пополняют свои запасы за счет насекомых и рачков, пойманных длинными липкими волосками или скрытыми под водой пузырьками.

За унылым и невыразительным болотным пейзажем скрывается одна из наиболее ценных экосистем нашей планеты. Плодородные и хорошо увлажненные почвы дают высокие урожаи. Например, в Мали неоценимое хозяйственное значение имеет внутренняя дельта реки Нигер. Во время ежегодных паводков богатые питательными веществами воды разливаются па площади 20 тыс. км2, орошая сцементированные засухой земли. Тучные зеленые пастбища обеспечивают кормом свыше 2,5 млн. коров, овец и коз. Повсеместно выращивается канадский рис, сорго и просо. Богатые кормом теплые воды служат нерестилищем для двух третей всей потребляемой нами рыбы.

Особое значение имеют болота тропиков и субтропиков, где происходят ранние стадии развития съедобных моллюсков и раков. Мангровые деревья служат важным источником древесины, особенно в Юго-Восточной Азии. В заболоченных лесах Индонезии растут деревья ценнейших тропических пород, а болотная пальма Nipa fruticans снабжает местное население плодами, сахаром, уксусом, крепкими напитками и волокном. В северном полушарии торф более 2000 лет используется как топливо. В Ирландии 40% электроэнергии вырабатывают семь работающих на торфе электростанций.

Не менее важным природным ресурсом являются представители болотной фауны, у снабжающие человека большим разнообразием продуктов - от мяса и шкур до меда и птичьих или черепашьих яиц. В Сальвадоре местные жители собирают яйца древесной утки, которые служат ценной белковой добавкой к их небогатому рациону. Разнообразный животный мир болот привлекает все 5 большое число любителей природы, благодаря чему многие бедные страны получают значительные доходы от туризма.

Недоступность многих болот для человека делает их безопасным убежищем для редких и исчезающих видов, например, для ягуара, облюбовавшего обширные болота Пантанхт на юге Бразилии, и сибирского журавля, крупная популяция которого зимует па берегах озера Пояп в Южном Китае.

Болота выполняют важнейшие регуляционные функции, действуя как огромные губки, фильтры и буферные зоны, поддерживающие общий водный баланс. Накапливая воду, они предотвращают паводки и позволяют экономить средства на возведении дорогостоящих дамб и водохранилищ.

Болотная растительность и мангровые леса укрепляют береговую линию и ослабляют ударную мощь штормовых волн, не допуская размывания берегов. Густые фильтры торфяников улавливают азотные и фосфорные удобрения, которые накапливаются в фунте либо всасываются корнями растений. Таким способом очищается вода и предотвращается эутрофикация (перенасыщение азотом и фосфором, приводящее к массовому развитию водорослей) водоемов. Точно так же густой корневой системой болотных растений улавливаются и ядохимикаты.

Из века в век люди неутомимо осушали болота во имя общего прогресса. Это делалось в целях избавления от таких болезней, как малярия, либо осушенные земли использовались в сельском хозяйстве или промышленности. Еще одной причиной наступления на болота был тот фаю; что две трети населения Земли сосредоточены на морских побережьях и в поймах рек. К примеру, в США осушено свыше 50% болот, а тем, что сохранились, нанесен серьезный ущерб. Обширные территории в штате Луизиана заняты солончаковыми болотами, но после того, как в начале 1900-х гг. в этих краях была найдена нефть, здесь прорыли густую систему каналов, которые в сочетании с мелиоративными работа-ми нанесли непоправимый вред креветочным отмелям в Мексиканском заливе.

Серьезно пострадали мангровые леса на юго-востоке Азии. Вырубленные деревья перерабатываются в стружку, экспортируемую в Японию, а на расчищенных территориях создаются рыбоводческие фермы или ведется осушение земель под сельскохозяйственные угодья. С 1920 по 1980 гг. Филиппины потеряли 65% своих мангровых лесов.

Международно-правовую основу в деле сохранения болот заложила Рамсарская конвенция об охране заболоченных территорий, имеющих международное значение, прежде всего мест обитания водоплавающих птиц. Она в 1971 г. была заключена к иранском городе Рамсар и с тех пор ратифицирована 55 странами. В тексте конвенции делается особый упор на общемировую значимость ресурсов болотной экосистемы - ведь рыба, нерестящаяся в прибрежном мелководье, затем попадает в сети рыболовных флотов других стран. На болотах живут и зимуют множество пернатых, особенно болотных птиц и журавлей, поэтому болотистые местности требуют особой защиты в тех странах, где они служат местом отдыха и кормежки перелетных птиц.

Несмотря на достаточно широкий охват, 55 стран-участниц конвенции представляют лишь одну треть стран мира, причем лишь немногие государства Африки, Юго-Восточной Азии и Латинской Америки ратифицировали это международное соглашение. Сохранение болот зависит от осуществления массовых образовательных программ и активной работы органов местного самоуправления в заинтересованных странах. Вода - источник жизни, и пресные водоемы - от быстрых рек и холодных горных ручьев до тихих, богатых кормом прудов - давно стали родным домом для великого множества животных и растений.

Пресноводные формы жизни произошли как от морских, так и от сухопутных предков. Большинство обитателей пресных водоемов, в том числе рыбы и мелкие беспозвоночные, вроде простейших и гидр, перекочевали из родных морей в пресные водоемы по речным системам. Насекомые, пауки и некоторые моллюски перебрались на житье в ручьи и озера с суши.

Водные растения тоже переселились с суши, и у некоторых еще сохранились следы наземного существования - устьица (микроскопические поры), регулирующие газообмен.

Пресные воды можно разделить на две категории - кислые, или мягкие, и известковые (богатые кальцием), или жесткие, хотя во многих ручьях и озерах вода по своим химическим свойствам находится где-то посередине. Важнейшие обитатели любых пресных водоемов - бактерии, составляющие основу пищевой цепочки. Кислая среда губительна для этих простейших растений, потому и фауна кислых водоемов довольно бедна. Зато в жестких известковых водах бактерии процветают, поэтому водоемы и реки с меловым дном чрезвычайно богаты живыми организмами - как по численности, так и по видовому разнообразию.

Б свою очередь водоемы с мягкой водой отличаются богатством растений - от прибрежных болотных видов до тех, чьи корни скрыты в донном иле, а листья плавают на поверхности, и до полностью погруженных в воду. У водных растений меньше механических тканей (лигнина), чем у наземных, и очень тонкий наружный покров (эпидермис). Благодаря этому они могут, не ломаясь, плавно колыхаться в воде. Объемистые воздушные камеры, или аэренхимы, обеспечивают им плавучесть и запас кислорода, распределяемый по всем тканям. Необычайной гибкости водных растений способствуют и их проводящие ткани, сгруппированные в единую центральную сердцевину, тогда как у их наземных сородичей они собраны в несколько пучков.

Шелковник трехлистный - водное растение с плавающими листьями, корни которого кренятся в донном иле пруда или речки. Он имеет два типа листьев. Под водой скрыты тонкие перистые опахала, не оказывающие сопротивления подводным течениям, а на поверхности лежат плотные листья-блюдечки. Шелковник цветет весной, покрывая водоемы ковром белых, похожих на лютики цветков, опыляемых пчелами и другими насекомыми. Широкие, плоские листья кувшинок сверху покрыты водонепроницаемым восковым налетом. Зато их нижняя поверхность усеяна устьицами, через которые происходит газообмен, я также поглощение растворенного в воде кислорода и минеральных солей. Опыление крупных цветков кувшинок - тоже забота всевозможных жуков и мошек.

К сугубо подводным жителям относятся такие растения, как харовые, или каменные, водоросли, названные так за известковые отложения, обнаруженные на клеточных мембранах некоторых видов. Эти родственники морских водорослей образуют в воде густые заросли. Еще один распространенный обитатель пресных водоемов - канадская элодея, или водяная чума. Ее часто высаживают в аквариумах, т. к. в процессе фотосинтеза она выделяет большое количество кислорода.

Многие водные растения, в том числе обыкновенная ряска, свободно плавают на поверхности водоема. Каждое растеньице диаметром несколько миллиметров состоит из листеца (видоизмененного стебля) и тонких висячих корешков. Накопив к осени запасы крахмала, они погружаются на дно, а весной, когда прошлогодние запасы заканчиваются, в растениях образуются воздушные камеры, и они всплывают на поверхность.

Водные растения самоопыляются или всплывают на поверхность, предоставляя эту работу насекомым. Роголистники - свободно плавающие растения, опыление которых происходит под водой. Отделившиеся от мужских цветков тычинки всплывают на поверхность, где раскрываются и выпускают пыльцу. Погрузившись в воду, пыльца опыляет женские цветки в листовой пазухе.

Если па суше нет недостатка в кислороде, то его концентрация в воде гораздо ниже. К тому же, ткани организма медленнее отфильтровывают кислород из воды, нежели из воздуха. Мелкие существа, вроде дафний и плоских червей, дышат всей поверхностью тела.

У более крупных животных имеются особые дыхательные поверхности. Так, рыбы, заглатывая воду, с силой проталкивают ее сквозь жаберные щели. Жабры, в которых происходит газообмен, снабжены густой сетью кровеносных сосудов. Двустворчатые моллюски типа пресноводных жемчужниц прокачивают воду через организм. При этом вместе с водой поступают и частицы пищи.

В пресных водоемах присутствуют основные типы животных, формируя сложную систему пищевых цепочек.

На водных растениях часто целыми колониями расселяются пресноводные губки, или бодяги, служащие пищей личинкам мухи-сизиры. Гидры, стройные мягкотелые существа длиной до 2,5 см, состоят из длинного стебелька с венчиком щупалец, снабженных стрекательными клетками. Они кормятся преимущественно дафниями и другими мелкими пресноводными рачками. Весьма широко представлены пресноводные плоские черви, которые достигают 4 см в длину и питаются падалью. Некоторые плоские черви, вроде трематод, ведут паразитический образ жизни, присасываясь к покровным тканям рыб. Другие на разных стадиях личиночного развития живут в кишечнике разных животных, в том числе водяных улиток, рыб и птиц. Б жарких странах распространена тяжелая болезнь, вызываемая трематодами - шистосоматоз. Люди заражаются во время купания в водоемах, где личинки трематод впиваются им в ноги и проделывают под кожей глубокие ходы.

Ленточные черви тоже не без успеха находят пристанище у разных хозяев. К примеру, взрослая особь одного вида поселяется в кишечнике птицы-рыболова - зимородка или аиста, - предварительно пройдя несколько стадий личиночного развития в организме пресноводного рачка или рыбы.

Рыбья беззубка - пресноводный моллюск с удивительной биографией. Взрослая особь, достигающая 13 см в длину, безмятежно живет в донном иле или песке, закрепившись для верности мускулистой ногой. Из его оплодотворенных яиц развиваются снабженные ракушками личинки, которые, прицепившись, например, к колюшке, кормятся ее кровью до трех месяцев, после чего отпадают и дальше благополучно развиваются во взрослую особь.

Зыбкая, па первый взгляд, поверхность водоема на самом деле покрыта тончайшей пленкой, образуемой силой поверхностного натяжения. Жуки-водомерки легко скользят по ней, словно заправские конькобежцы. Их конечности снабжены пучками водоотталкивающих щетинок, которые, словно подушки, не допускают разрыва тончайшей поверхностной пленки. Парой длинных средних ножек насекомое отталкивается от воды, а передними ловко хватает добычу - мелких букашек. Жуки-вертячки вообще сидят, наполовину погрузившись в воду и высматривая добычу вверху и внизу. Плавают они с помощью средних и задних лапок, покрытых бахромой тонких волосков.

Ногохвостки - крошечные насекомые длиной не больше 1,5 мм - тучами собираются на поверхностной пленке водоема. Их черные тельца напоминают крупицы сажи. Живущие в пруду ногохвостки питаются гниющими растениями и проворно бегают по воде, помогая себе раздвоенным хвостом.

Личинки многих насекомых, в том числе комаров и жуков-плавунцов, пользуются поверхностной пленкой для пополнения запасов кислорода. Взрослые плавунцы тоже всплывают на поверхность, чтобы глотнуть воздуха. Их примеру время от времени следуют взрослые особи других хищных жуков, таких как гребляк и водяной скорпион.

Плавающие на поверхности водные растения дают пищу и кров личинкам многих насекомых. Гусеницы China moth поедают листья кувшинок, ряска служит кормом личинкам других мотыльков и водомерок, а жуки-гребляки откладывают яйца на корешках и нижней поверхности ее мелких листочков.

Несмотря на скудные запасы кислорода, в вязком донном иле пресного водоема жизнь буквально бьет ключом. Мелкие красные черви длиной 3-4 см живут плотными извивающимися комками в трубчатых норках. Пищей им служат органические донные отложения. Этих червей охотно поедает рыба и личинки некоторых насекомых, вроде долгоножек. Мотыль - комариные личинки длиной до 2 см - тоже селятся в иле, сооружая трубчатые домики из растительных остатков, скрепленных шелковой нитью. В свою очередь, на мотыля охотятся прожорливые личинки и вислокрылок.

На свой лад приспособилась к дефициту кислорода личинка журчалки-стреловидки, которую называют крыской. Обычно она лежит, зарывшись в ил и выставив наружу трехколенную дыхательную трубку, растущую прямо из брюшка. Длина самой личинки не превышает 15-20 мм, зато трубка может вытягиваться на 10 см, чтобы достать до поверхности, и позволяет личинке пользоваться благами обеих сред - безопасностью уютного водоема и атмосферным кислородом.

2. Биоценозы прудов и озер

В теплых водах прудов и озер, изобилующих мелкими беспозвоночными и буйной растительностью, настоящее раздолье для рыб, особенно для видов, хорошо переносящих недостаток кислорода. Обыкновенный карп - высокотелая рыба с крупным выступающим вперед ртом, сенсорными усиками и длинным спинным плавником - прекрасно чувствует себя в прудах и озерах с теплой водой и избытком водорослей. В неволе карпы живут до 50 лет, иногда набирая вес до 20 кг.

Меньший кузен карпа - линь, - копаясь в придонном иле, кормится животными остатками и мелкими беспозвоночными. На зиму линь зарывается в ил и покрывается слоем слизи.

Щука - зубастая хищница с вытянутым стреловидным телом - отлично приспособлена к молниеносным броскам на добычу из засады. Она предпочитает заросшие пруды, озера и медленные равнинные реки. Ее пятнистая, зеленоватая кожа сливается с растительностью, позволяя незаметно выслеживать мелкую рыбешку. При случае щука не прочь полакомиться водяной полевкой или птенцами водоплавающих птиц.

Быстрые, холодные воды ручьев всегда насыщены кислородом, но из-за сильного течения животным приходится изобретать всевозможные способы удержаться на месте в стремительном потоке. Для этой цели служат три приспособления. У одних это плоское или обтекаемое тело, оказывающее минимальное сопротивление водному потоку; другие постоянно гребут против течения, третьи крепко цепляются крючками или присосками к камням. Более того, многие обитатели быстрых речек и ручьев предпочитают жить у самого дна. Здесь можно укрыться от течения за камнями, да и течение слабее из-за трения о речное дно.

Плоскотелые беспозвоночные существа, вроде личинок поденки и веснянки, часто прячутся в расщелинах между камнями или пластом лежат на дне. Улитки и моллюски-блюдечки полагаются на присоски своих мускулистых ног, а саламандры покрывают кладки яиц слоем липкой слизи и приклеивают их к камням. Некоторые личинки ручейника сооружают крохотные домики, отягощая их для верности грузилами из песчинок или камешков. Другие сплетают густую паутинку, за которую и держатся острыми коготками.

3. Реки и их обитатели

Реку можно разделить на несколько зон по видам обитающих в них рыб. У форели, гольяна и хариуса вытянутое обтекаемое тело, приспособленное к жизни в стремительных горных потоках и порожистых верховьях рек

Елец, усач и голавль из семейства карповых - типичные обитатели среднего течения реки. Елец - стройная серебристая рыбка длиной до 25 см, предпочитающая чистую, прозрачную воду и быстрое течение. По соседству с ним селится и усач. У более крупного голавля широкая голова и оливково-зеленая спинка. Его излюбленные места обитания - чистые мелководные стремнины, хотя и в глубоких омутах он частый гость.

Голавль нередко попадается и в нижнем течении рек, но здесь скорее вотчина леща. Это высокая золотисто-коричневая рыба, достигающая 60 см в длину. Лещ хорошо приспособлен к жизни в придонных водах, где вытянутым в трубочку ртом всасывает мотыля, красных червей и прочих беспозвоночных.

Сомик-кошка и члены его семейства живут на самом дне североамериканских рек. Как и у леща, рот рыбы-буйвола приспособлен для всасывания корма. У сомиков глазки маленькие, и корм они отыскивают с помощью чувствительных, похожих на кошачьи усов, которым и обязаны своим названием.

Тело у сомика-кошки гладкое, но толстая, скользкая кожа покрыта защитным слоем слизи. В природных условиях эта плоскобрюхая, широкоголовая рыба достигает 38 см в длину. В условиях тропиков рыбам приходится приноравливаться к пересыханию водоемов и длительной жизни в изолированных лужицах. В прогретой стоячей воде кислорода гораздо меньше, чем в холодной проточной, и у многих тропических пресноводных рыб наблюдаются изменения дыхательного аппарата. У некоторых сомиков-кошек разветвленные, или мешковидные, жаберные камеры открываются в самом верху жаберной полости. У южноамериканского рогозуба и его четырех африканских сородичей имеется пара похожих на мешочки легких. Австралийская баррамунда дышит обычными жабрами, а единственным легким пользуется только в стоячей, бедной кислородом воде.

Изобилующие животной и растительной жизнью пресные водоемы привлекают многочисленных птиц, приспособившихся к жизни по соседству с водой. В верховьях рек и ручьев Европы и западной части Северной Америки часто можно встретить оляпку. Она легко перескакивает с камешка на камешек где-нибудь у кромки воды, а затем вдруг стремительно ныряет, высмотрев на дне вкусную личинку. Ручьевая утка живет по берегам горных речушек в южноамериканских Андах, на высотах до 4500 м. Как и оляпка, она отлично плавает и ныряет, не боясь бурного течения. С каменистых берегов горных потоков совершает акробатические прыжки в воду горная трясо1узка, добывая поденок. Ниже по течению гнездятся другие виды, выбирая жилье в зависимости от берегового рельефа. Так, реки с широкими галечными отмелями привлекают куликов-сорок и галстучников, а обрывистые берега - излюбленное место гнездования зимородков и ласточек-береговушек.

Заключение

Водная экосистема это природный объект, который является единством взаимозависимых среды и обитающей в ней биоты. Поэтому, для того, чтобы охарактеризовать состояние водной экосистемы, необходимо знать показатели воды как среды обитания и показатели биотической (организменной) части экосистемы.

Каждая водная экосистема находится в определенном состоянии, которое выражается в определенном сочетании показателей средовой и организменной составляющих водной экосистемы. Конкретному состоянию водной экосистемы соответствует определенный уровень способности к самоочищению, который может быть охарактеризован сочетанием показателей среды и биоты, а набор и величины их могут быть выражены в интервалах значений.

Способность экосистем поверхностных водных объектов к самоочищению эксплуатируется при антропогенной деятельности как механизм утилизации сточных вод. Поэтому возникает необходимость адекватно ее оценивать, что невозможно сделать без экосистемного подхода к водному объекту.

На способность к самоочищению, а, следовательно, на состояние водной экосистемы, влияет ряд факторов как внешнего воздействия на водный объект, так и внутренних закономерностей саморазвития его водной экосистемы.

Список использованной литературы

1. Астраханцев Г.П., Меншуткин В.В., Петрова Н.А. Моделирование экосистем больших стратифицированных озер. - М.: Наука, 2003. - 363 с.

2. Сердюцкая Л.Ф. Системный анализ и математическое моделирование экологических процессов в водных экосистемах. - М.: Либроком, 2009. - 144 с.

3. Техногенное загрязнение речных экосистем. - М.: Научный мир, 2002. - 140 с.

4. Экосистемы малой реки в изменяющихся условиях среды. - М.: КМК, 2007. - 384 с.

Размещено на Allbest.ru