Экологическая система пруда. Условия самодостаточности

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное автономное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

"Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина"

Реферат

Экологическая система пруда. Условия самодостаточности

Ст. гр. СТ - 220801

Татьянникова Е.М., Жилина А.С.

Преподаватель: Григорьев Ю.О.

Екатеринбург 2013

Содержание

Введение

1. Пресноводные экосистемы

2. Экосистема пруда

3. Пищевая цепь

4. Саморегуляция экосистем

5. Загрязнение и очистка

Список литературы

Введение

Экосистема - это любое единство, включающее все организмы на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создаёт чётко определённую трофическую структуру, видовое разнообразие и круговорот веществ (обмен веществами и энергией между биотической и абиотической частями) внутри системы.

Основные характерные особенности экосистемы - ее безразмерность и безранговость.

Замещение одних биоценозов другими в течение длительного периода времени называется сукцессией. Сукцессия, протекающая на вновь образовавшемся субстрате, называется первичной. Сукцессия на территории, уже занятой растительностью, называется вторичной.

Экосистемы могут быть естественными или созданными человеком - антропогенными.

Естественные (природные) экосистемы формируются под влиянием природных факторов, хотя человек может оказывать влияние на них. В лесу человек заготавливает древесину и охотится, на степном пастбище пасет скот, в водоемах ловит рыбу. Он может загрязнять атмосферу, почву, воду. Однако влияние человека в этих экосистемах меньше, чем влияние природных факторов.

Антропогенные (искусственные) экосистемы создаются человеком в процессе хозяйственной деятельности. Их примеры: сельскохозяйственные ландшафты с посевами и стадами скота, города, лесопосадки, морские "огороды" из водорослей ламинарии и "фермы" устриц или морского гребешка. В состав антропогенных экосистем могут входить сохранившиеся более мелкие естественные экосистемы (лес или озеро на территории сельскохозяйственной экосистемы, лесопарк в городе).

1. Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы занимают наименьшую часть Земного шара по сравнению с другими экосистемами, однако их значение очень велико, потому что они являются единственным источником пресной воды, которая необходима не только для существования всего живого, но и для хозяйственной деятельности человека.

Вода как среда обитания более плотная, чем воздух, поэтому может выполнять функцию опоры. Наибольшая плотность воды при температуре 4°С, при более высокой и более низкой температуре вода расширяется и становится легче, плотность ее уменьшается. Некоторые организмы могут иметь удельный вес тела больший, равный или меньший, чем удельный вес воды. В зависимости от этого они занимают разное местоположение в экосистеме.

Для пресноводных экосистем характерна высокая степень прерывистости.

Организмы, населяющие пресноводные экосистемы, представлены пятью жизненными формами:

1) бентос;

2) планктон;

3) нектон;

4) нейстон;

5) перифитон.

Охарактеризуем их более подробно.

Бентос - это обитатели дна, удельный вес тела которых больше, чем удельный вес воды. Различают эпифауну, или поверхностный бентос, который представлен организмами, лежащими на дне или ползающими по его поверхности, и инфауну, представленную организмами, зарывающимися в грунт. Инфауна присутствует в тех экосистемах, где имеется илистое дно.

Планктон - это организмы, имеющие удельный вес тела, равный удельному весу воды, и ведущие пассивный образ жизни в толще воды. Противостоять течению они не могут. В зависимости от типа организмов различают фитопланктон (растения), зоопланктон (животные) и микропланктон (микроорганизмы), а в зависимости от размера особей планктон подразделяют на планктон-сетку, который вылавливается гидробиологической сеткой, и нанопланктон, который проходит через сетку и представлен микроскопическими организмами.

Нектон - это организмы, имеющие удельный вес тела, равный удельному весу воды, и ведущие активный образ жизни в толще воды. Он представлен насекомыми, рыбами, земноводными, млекопитающими. Организмы способны противостоять течению.

Нейстон - это организмы, имеющие удельный вес тела меньше удельного веса воды и использующие поверхностное натяжение воды в качестве субстрата. К ним относятся водомерки, жуки-плавунцы и другие организмы, живущие на поверхности воды.

Перифитон - это организмы обрастания. Они образуют сплошную пленку на поверхности живых и неживых объектов экосистемы. Среди них могут быть как растения, так и животные.

Все пресноводные экосистемы по характеру структуры подразделяют на три группы:

1) лентические, или стоячие;

2) лотические, или текучие;

3) болота.

Лентические экосистемы довольно молодые, почти все они образовались не ранее ледникового периода. К ним относятся озера, пруды, водохранилища. Характерной чертой лентических экосистем является четко выраженная горизонтальная зональность и вертикальная стратификация.

При достаточно большой глубине водоема горизонтальная зональность экосистемы представлена тремя зонами:

- литоральная, или прибрежная, зона, где 95% света доходит до дна (эффективная освещенность);

- лимническая зона, или зона открытой воды, она не имеет дна и берегов, нижней границей ее является глубина эффективной освещенности;

- профундальная зона, или зона вечной темноты, она имеет дно, но не имеет поверхности, продуценты здесь отсутствуют.

Вертикальная стратификация бывает двух видов: температурная и световая. Температурная стратификация обусловлена разницей температур между верхним и нижним слоями воды зимой и летом. Верхний слой воды называется эпилимнион, а нижний - гиполимнион. Между ними находится зона термоклина, которая препятствует перемешиванию воды и обмену веществами, в результате чего запас кислорода в гиполимнионе и биогенов в эпилимнионе исчерпывается, и наблюдаются зимние и летние заморы. Весной и осенью, когда разница температур между верхним и нижним слоями воды незначительная, происходит перемешивание воды, и заморы не наблюдаются. Световая стратификация обусловлена разной степенью освещенности верхнего и нижнего слоев воды, в результате чего различают эуфотический слой, который просвечивается, и афотический слой, куда свет не проникает.

2. Экосистема пруда

Рассмотрим экосистему пруда с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма.

Растения и животные, населяющие водоем, распределяются в нем неравномерно. Каждый вид обитает в тех условиях, к которым приспособлен. Наиболее разнообразные и благоприятные для жизни условия создаются в прибрежной зоне. Здесь вода теплее, так как прогревается солнечными лучами. Она достаточно насыщена кислородом. Обилие света, проникающего до дна, обеспечивает развитие многих высших растений. Вблизи берега развиваются многочисленные высшие растения (камыш, рогоз, водяной хвощ) и водоросли.

В жаркое время у поверхности образуется тина - это тоже водоросли. На поверхности плавают листья и цветки белой кувшинки и желтой кубышки, мелкие пластинки ряски полностью затягивают поверхность некоторых прудов. В прибрежной зоне живут и большинство животных. Одни приспособлены к жизни на водных растениях, другие активно плавают в толще воды (рыбы, хищные жуки-плавунцы и водяные клопы).

Многие водятся на дне (перловицы, беззубки, личинки некоторых насекомых - ручейников, стрекоз, поденок, ряд червей и т.п.). Даже поверхностная пленка воды служит местом обитания специально приспособленных к ней видов. В тихих заводях можно видеть бегающих по поверхности воды хищных клопов-водомерок и быстро плавающих кругами жуков-вертячек. Обилие пищи и другие благоприятные условия привлекают в прибрежную зону рыб.

В глубоких придонных участках водоема, куда слабо проникает солнечный свет, жизнь беднее и однообразнее. Фотосинтезирующие растения здесь не могут существовать. Нижние слои воды вследствие слабого перемешивания остаются холодными. Здесь вода содержит мало кислорода. Особые условия создаются и в толще, воды открытых участков водоема. Она заселена массой мельчайших растительных и животных организмов, которые сосредоточены в верхних, более прогреваемых и хорошо освещаемых слоях воды.

Здесь развиваются различные микроскопические водоросли; водорослями и бактериями питаются многочисленные простейшие - инфузории, а также коловратки и ракообразные. Весь этот комплекс мелких взвешенных в воде организмов называют планктоном.

3. Пищевая цепь

Пищевая (трофическая) цепь - ряды видов растений, животных, грибов и микроорганизмов, которые связаны друг с другом отношениями: пища - потребитель (последовательность организмов, в которой происходит поэтапный перенос вещества и энергии от источника к потребителю).

Организмы последующего звена поедают организмы предыдущего звена, и таким образом осуществляется цепной перенос энергии и вещества, лежащий в основе круговорота веществ в природе. При каждом переносе от звена к звену теряется большая часть (до 80-90%) потенциальной энергии, рассеивающейся в виде тепла. По этой причине число звеньев (видов) в цепи питания ограничено и не превышает обычно 4-5.

Существуют следующие пищевые группы:

Консументы - гетеротрофы, разные виды животных (рыбы, моллюски, насекомые, черви, дафнии и др.), их роль в водоеме: расщепление органических веществ, обогащение воды углекислым газом - исходный продукт фотосинтеза.

Продуценты - автотрофы (водоросли и высшие травянистые растения), их роль в биогеоценозе водоема: создание органических веществ из неорганических в процессе фотосинтеза и обогащение воды кислородом - основа обеспечения животных и других гетеротрофов пищей, энергией, кислородом.

Редуценты - чаще всего организмы-сапрофиты (грибы, бактерии), а также жуки-мертвоеды и др., их пища - органические вещества мертвых остатков растений и животных, продукты жизнедеятельности животных. Разрушение сапрофитами органических веществ до неорганических, использование их растениями в процессе минерального питания.

Несмотря на внешнюю простоту пресноводного водоема, его трофическая структура (система пищевых отношений) достаточно сложна. Высшими растениями питаются личинки насекомых, амфибий, скоблящие брюхоногие моллюски, растительноядные рыбы. Многочисленные простейшие (жгутиковые, инфузории, голые и раковинные амебы), низшие ракообразные (дафнии, циклопы), фильтрующие двустворчатые моллюски, личинки насекомых (поденок, стрекоз, ручейников) поедают одноклеточные и многоклеточные водоросли.

Рачки, черви, личинки насекомых служат пищей рыбам и амфибиям (лягушкам, тритонам). Хищные рыбы (окунь) охотятся за растительноядными (карась), а крупные хищники (щука) - за более мелкими. Находят себе пищу и млекопитающие (выхухоль, бобры, выдры): они поедают рыбу, моллюсков, насекомых и их личинки.

Органические остатки оседают на дно, на них развиваются бактерии, потребляемые простейшими и фильтрующими моллюсками. Бактерии, жгутиковые и водные виды грибов разлагают органику на неорганические соединения, вновь используемые растениями и водорослями.

Таким образом, пресноводный водоем имеет следующие пищевые группы: продуценты в водоеме - укореняющиеся и плавающие растения, водоросли и цианобактерии.

Консументы - водные насекомые, амфибии, ракообразные, растительноядные и хищные рыбы.

Редуценты представлены водными грибами, бактериями и беспозвоночными.

Тем не менее, биогеоценозы очень сложны. В них всегда имеется много параллельных и сложно переплетенных цепей питания. Фактически модель пищевых цепей не находит отражения в природных системах, поскольку большинство животных нельзя отнести к определенному трофическому уровню.

Из-за сложной структуры пищевой сети исчезновение вида, как правило, почти не сказывается на экосистеме. Питавшиеся особями одного вида организмы находят другие источники пищи. А пищу, которую потребляли животные исчезнувшего вида, начинают использовать другие потребители. Это обеспечивает экосистеме длительное и устойчивое существование. И чем богаче видовая структура экосистемы, тем она устойчивее.

Все виды, образующие пищевую цепь, существуют за счет органического вещества, созданного зелеными растениями. При этом действует важная закономерность, связанная с эффективностью использования и превращения энергии в процессе питания. Сущность ее заключается в следующем.

Суммарно лишь около 1% лучистой энергии Солнца, падающей на растение, превращается в потенциальную энергию химических связей синтезированных органических веществ и может быть использовано в дальнейшем гетеротрофными организмами при питании. Когда животное поедает растение, большая часть энергии, содержащейся в пище, расходуется на различные процессы жизнедеятельности, превращаясь при этом в тепло и рассеиваясь. Только 5-20% энергии пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Если хищник поедает травоядное животное, то снова теряется большая часть заключенной в пище энергии. Вследствие таких больших потерь полезной энергии пищевые цепи не могут быть очень длинными: обычно они состоят не более чем из 3-5 звеньев (пищевых уровней).

Всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается. Эту очень важную закономерность называют правилом экологической пирамиды.

4. Саморегуляция экосистем

Любой природный водоем, например озеро или пруд, с его растительным и животным населением представляет собой отдельную экосистему. Эта природная система обладает способностью к саморегуляции и непрерывному самовозобновлению.

Эффективность саморегуляции определяется разнообразием видов и пищевых взаимоотношений между ним.

Все условия среды, включая живые и неживые объекты, от которых зависит жизнь отдельного организма или популяции, обозначаются понятием экологические факторы. Для конкретных популяций разные факторы могут быть необходимыми, вредными, безразличными (нейтральными). Экологические факторы делят на абиотические и биотические. Кроме того, в особую группу выделяют антропогенные факторы, порожденные производственной деятельностью человека.

Абиотические факторы - факторы неживой природы, в основном климатические. Сюда относятся свет, тепло ("температура"), влажность, содержание в почве химических элементов, соленость морской воды, уровень радиации и др.

Биотические факторы - это влияние одних живых организмов на другие. В зависимости от характера отношений различают несколько типов биотических факторов: конкуренцию, хищничество, паразитизм, симбиоз.

Находясь под действием самых разнообразных экологических факторов, хорошо сбалансированный по составу биоценоз тем не менее саморегулируется и поддерживает внутреннее постоянство - гомеостаз.

Состояние гомеостаза выражается в том, что:

организмы нормально размножаются, поэтому:

численность различных популяций в сообществе поддерживается на определенных уровнях, хотя и в колебательном режиме;

биоценоз сохраняет устойчивость и самовоспроизводится даже при колебаниях климатических условий.

Биоценоз должен не просто саморегулироваться, но он должен иметь устойчивость к изменениям внешних (абиотических, погодно-климатических) факторов, так сказать - запас прочности на случай неблагоприятных условий среды.

Поддержанию высокой устойчивости биоценоза будет способствовать ряд условий:

1) высокий, но сбалансированный репродуктивный потенциал отдельных популяций - на случай массовой гибели особей;

2) адаптации (приспособления) отдельных видов к переживанию неблагоприятных условий;

3) разнообразие сообществ и разветвленные пищевые сети - исчезнувший объект должен заменяться другим, в норме второстепенным.

Таким образом, устойчивость экосистемы, ее саморегуляция, или гомеостаз, проявляется в ее самовоспроизведении, саморегуляции численности и устойчивости к экстремальным факторам среды.

Но устойчивость экосистемы относительна, не беспредельна. Она нарушается в основном в двух случаях:

при сильных изменениях внешней среды - пожары, наводнения, продолжительные засухи, оледенения и другие природные катаклизмы;

при резких изменениях состава сообществ - обычно человеком.

Спецификой искусственных водных экосистем - биопрудов является достаточно случайный и бедный видовой состав представителей высоорганизованных классов растений и животных.

Если представители низших классов организмов в силу их размеров и специфики жизненных циклов, беспрепятственно попадают в экосистему биопрудов, то для представителей высокоорганизованных классов необходим внешний фактор их внесения в экосистему. Роль такого фактора - осмотрительного и разумного, должен выполнять человек.

5. Загрязнение и очистка

Загрязнение воды - изменения химического и физического состояния или биологических характеристик воды, ограничивающие дальнейшее ее употребление. При всех типах водопользования меняются либо физическое состояние (например, при нагревании), либо химический состав воды - при поступлении загрязняющих веществ, которые делятся на две основные группы: со временем изменяющиеся в водной среде и остающиеся в ней неизменными. К первой группе относятся органические компоненты бытовых стоков и большая часть промышленных, например отходы целлюлозно-бумажных предприятий. Вторую группу составляют многие неорганические соли, например сульфат натрия, который используется как краситель в текстильной промышленности, и неактивные органические вещества типа пестицидов.

Естественное загрязнение природных вод возникает в результате природных процессов, без какого либо участия или влияния человека.

Искусственное (антропогенное) загрязнение водоемов является, главным образом, результатом спуска в них сточных вод от промышленных предприятий и населенных пунктов.

Поступающие в водоем загрязнения в зависимости от их объема и состава могут оказывать на него различное влияние:

1) изменяются физические свойства воды (изменяется прозрачность и окраска, появляются запахи и привкусы);

2) появляются плавающие вещества на поверхности водоема и образуются отложения (осадок на дне);

3) изменяется химический состав воды (изменяется реакция, содержание органических и неорганических веществ, появляются вредные вещества и т.п.);

4) уменьшается в воде содержание растворенного кисдорода вследствие его потребления на окисление поступивших органических веществ;

5) изменяются число и виды бактерий (появляются болезнетворные), вносимых в водоем вместе со сточными водами.

Загрязненные водоемы становятся непригодными для питьевого, а иногда и для технического водоснабжения; в них погибает рыба.

Самоочищение представляет совокупность процессов, в основном биохимического порядка, в итоге ведущих к восстановлению природных свойств водоема. При самоочищении в водоемах протекают процессы смешения, осаждения, распада и превращения веществ, загрязняющих водоемы. Наблюдается уменьшение концентрации загрязнения, иногда до полной его ликвидации, происходит восстановление первоначального химического состава воды, соответственно существовавшему ранее равновесию. О естественном самоочищении можно судить в том случае, если тот или иной вид загрязнения разрушается до простых соединений и тем самым вступает в общий круговорот веществ и энергии. Поэтому самоочищение можно рассматривать как часть общеприродного процесса круговорота вещества и передачи энергии. В целом, самоочищение - это совокупность всех природных процессов, направленных на восстановление первоначальных свойств и состава воды.

Биологическое самоочищение может идти как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Анаэробная фаза самоочищения характеризуется образованием промежуточных продуктов из разлагающегося органического материала за счет жизнедеятельности бактерий и некоторых простейших. В аэробных условиях в разложении органического вещества участвует очень много гидробионтов различных групп. Прежде всего - это инфузории, коловратки, водоросли.

Самоочищение водоемов происходит в результате созидания, трансформации и разложения органического вещества. Поэтому основное значение для самоочищения имеет круговорот органических веществ, осуществляемый через трофические связи бактериального, растительного и животного населения вод. Данный процесс сопровождается, с одной стороны, окислительно-восстановительными реакциями - это окислительная минерализация органического вещества, в результате которой кислород потребляется, с другой стороны - образованием органических веществ из минеральных, выделением кислорода.

Так как пруд - искусственный водоём для хранения воды с целью водоснабжения, орошения, разведения рыбы (прудовое рыбное хозяйство) и водоплавающей птицы, а также для санитарных и спортивных потребностей, человек заботится о его сохранности. Главной задачей является очистка водоема. пресноводный экосистема пруд загрязнение

Существует четыре основных способа очистки воды: механический, биологический, химический и с помощью ультрафиолетового излучения.

Механическая очистка водоема-процесс, позволяющий избавиться от излишнего количества водных растений, водорослей и попавшего в пруд мусора. Принцип действия механических фильтров основан на прохождении воды через контейнер, наполненный пористым материалом (кварцевым песком, гравием или специальными гранулами). Органические частицы и водоросли задерживаются засыпкой и оседают в фильтре. Чем мельче фильтрующий материал, тем более мелкие частицы он задерживает.

Химическая очистка водоема.

Добавляя различные по составу химические реагенты, можно восстанавливать нормальный уровень кислотности воды, связывать вредный аммиак и соединения металлов, насыщать пруд кислородом, растворять водоросли.

Близка к химической так называемая сорбционная очистка с использованием минералов цеолитов - они закладываются в камеры фильтров или вводятся прямо в пруд в специальных сетках. Эти минералы имеют структуру "пористого кристалла" с жидким каркасом, благодаря чему обладают свойством извлекать из воды фосфор и аммоний.

Один из возможных способов очистки воды - применение ультрафиолетового излучения (длина волны от 180 до 300 нм), которое воздействует на ДНК вирусов, бактерий, микроводорослей и тем самым "убивает" их.

Список литературы

1. http://www.bibliotekar.ru/ecologia

2. http://ru.wikipedia.org

3. http://www.xliby.ru/biologija/osnovy_obshei_yekologii

4. https://sites.google.com/site/vodoeemy

5. http://ekologiya/presnovodnyie-ekosistemyi.html?

Размещено на Allbest.ru