Экология водных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

«Сыктывкарский государственный университет имени Питирима Сорокина»

(ФГБОУ ВО «СГУ им. Питирима Сорокина»)

Институт точных наук и информационных технологий

Кафедра инженерной физики и техносферной безопасности

Реферат

по учебной дисциплине: «Экология водных систем»

Тема работы: «Экология водных экосистем как наука»

Сыктывкар 2022 г.



Содержание

1. Экология водных систем как наука

2. Условия существования населения гидросферы

3. Население гидросферы

4. Уровни организации населения гидросферы

5. Экология водных систем и продукция гидробиоценозов

6. Биологические ресурсы гидросферы

7. Состав и основные закономерности расселения населения в водоемах

8. Загрязнение и биологическое самоочищение водоемов

9. Важнейшие водоемы на территории Республики Коми



1. Экология водных систем как наука

Водное хозяйство - отрасль науки и техники, охватывающая изучение, учет, использование и охрану водных ресурсов, а также борьбу с вредным их воздействием. Вопросы рационального использования водных ресурсов, водообеспечения территорий и охраны вод в настоящее время приобретают характер серьезной глобальной проблемы России. Воды являются возобновляемым, ограниченным и уязвимым природным ресурсом, а управление их использованием и охраной относится к числу важнейших государственных задач. Водный фонд Российской Федерации, а также водохозяйственный комплекс, представленный совокупностью водохозяйственных систем и сооружений, относятся к числу основных элементов национальной экономической системы России.

При использовании воды в производственных технологических процессах и в быту она загрязняется различными неорганическими и органическими веществами, как в дисперсном, так и растворенном состоянии, т. е. образуются сточные воды, требующие очистки и обезвреживания при повторном использовании в замкнутых системах водоснабжения или при сбросе в естественные водоемы.

В составе инженерных коммуникаций большинства промышленных предприятий и коммунального хозяйства населенных пунктов имеется комплекс канализационных сетей и сооружений, с помощью которых осуществляется водоотведение, предварительная и глубокая обработка сточных вод.

Эффективное государственное управление использованием и охраной водных ресурсов и водохозяйственным комплексом, устойчивое водопользование является необходимым условием экономического роста, обеспечения национальной безопасности в водно-ресурсной сфере, улучшения условий жизни населения.

Задачи и основные направления исследований

Основная стратегическая цель государственного управления водным хозяйством - это достижение и поддержание экономически эффективного и экологически безопасного уровня водопользования, которое характеризуется:

- сбалансированностью удовлетворения потребностей экономического развития и обеспечение воспроизводства водных ресурсов;

- сбалансированностью реализации прав нынешнего и будущих поколений на пользование экономически эффективным и экологически безопасным водно-ресурсным потенциалом.

Водное хозяйство призвано решать много задач по борьбе с вредным воздействием вод.

Наиболее важные из них следующие:

-- изучение, учет и охрана водных ресурсов от истощения и загрязнения;

-- повышение стока маловодных периодов в целях удовлетворения потребностей населения и различных отраслей хозяйства в нужном количестве воды;

-- борьба с наводнениями путем регулирования паводков и проведение защитных мероприятий;

-- осуществление водных мелиораций в целях обеспечения оптимальной влажности почв путем устройства оросительных и осушительных систем;

-- использование водной энергии рек в гидроэлектростанциях;

-- содержание судоходных участков рек в требуемом для водного транспорта состоянии посредством регулирования стока, дноуглубления, выправления и шлюзования;

-- обеспечение условий для эффективного развития рыбоводства в реках, озерах и водохранилищах;

-- борьба с вредными и разрушительными воздействиями вод и др.

Положение в системе наук и современное состояние

Гидрология как часть физической географии входит в комплекс наук о Земле. Гидрологию подразделяют прежде всего на крупные разделы по предмету, направленности и методам исследований.

Это - гидрология водных объектов, изучающая закономерности гидрологических процессов и явлений в водных объектах разных типов;

Гидрография, занимающаяся изучением и описанием конкретных водных объектов;

Прикладная гидрология, разрабатывающая методы расчета и прогноза различных гидрологических характеристик, а также приемы и методы практического использования гидрологических знаний в разных областях экономики; Гидрометрия, разрабатывающая методы измерений и наблюдений при изучении природных вод;

Специальные разделы гидрологии, такие, как физика природных вод (или гидрофизика);

Динамика вод (например, динамика русловых потоков, динамика морских течений);

Химия природных вод (или гидрохимия).

Предмет гидрологии как науки - природные воды Земли и процессы, в них происходящие при взаимодействии с атмосферой, литосферой и биосферой и с учетом влияния хозяйственной деятельности человека.

Гидрология, изучающая природные воды, относится к наукам географическим и тесно связана с другими физико-географическими науками - метеорологией и климатологией, геоморфологией, гляциологией, картографией и т. д. Эта связь отражает объективно существующее единство природы, проявляющееся во взаимосвязи и взаимодействии всех компонентов природной среды, а вода, как отмечалось выше,- один из ведущих ее частей. Но связь вод и других компонентов природной среды обоюдная. Поэтому и соответствующие науки тесно взаимосвязаны.



2. Условия существования населения гидросферы

Среда -- это все, что окружает организм и прямо или косвенновлияет на его состояние, развитие, рост, выживаемость, размножение и многое другое. Гидробиология (hydro - вода, bios - жизнь, logos - слово) - это наука оживом населении вод, включающая взаимоотношения между организмами исредой, определяющая биологическую продуктивность и роль организмов втрансформации энергии и вещества гидросферы.

Экологические факторы -- компоненты среды, которые прямоили косвенно воздействуют на живые организмы.Экологические факторы делятся наабиотические, т.е. факторы неорганической, или неживой, природы, ибиотические -- факторы, связанные с жизнедеятельностью организмов.

К абиотическим экологическим факторам относятся:

-- климатические -- свет, тепло, воздух, вода (включая осадкив различных формах и влажность воздуха);

-- эдафические, или почвенно-грунтовые -- механическийи химический состав почвы, ее водный и температурный режим;

-- топографические -- условия рельефа.

Климатические и эдафические экологические факторы во многом определяются географическим положением экосистемы -- ееудаленностью от экватора и от океана и высотой над уровнем моря.

Экологические группы гидробионтов

По температурному фактору выделяют две экологические группыгидробионтов:

Эвритермные:

Диатомея Nitzschiaputridа - диапазон 41С (-11С до 30С); Моллюск Bythinelladunkeri - диапазон 37 С (-2 С до 35 С);Треска Gaduscollarias - диапазон 15 С (5 С до 20 С).

Стенотермные:

Теплолюбивые (термофильные, криофобные):

- рачок Thermosbaenamirabilis - 45-48 C, - рыбка Лукания жив?т в горячих источниках при температуре 25 С.

Холодолюбивые (термофобные, криофильные):

- водоросль Phaeocystispouchetii - min = 1C, opt = 6C, max 11,6С.

По отношению к свету различают экологические группы гидробионтов:

- эврифотные - переносят широкий диапазон колебания света; - стенофотные - переносят узкий световой диапазон (олигофотные, мезофотные, полифотные).

По отношению к сол?ности вод различают две экологические группы гидробионтов: - Эвригалинные (широкосолевые);- Стеногалинные (узкосолевые). (1. Олигостеногалинные, 2. Полистеногалинные.).

Вода - это химическое соединение кислорода (88,8%) с водородом (11,2 %). Обыкновенная вода - это смесь указанных изотопов с преобладанием л?гких форм:

Тяж?лая вода - это вода тяж?лая по дейтерию.

По внешнему виду и запаху различий в тяж?лой и обычной воде нет. Ониразличаются по массе и биологическому действию: тяжелая вода токсична,замедляет физиолого-биохимические процессы.

Вода в природе встречается в 3-х агрегатных состояниях: - тв?рдом, - жидком; - газообразном.

Круговоромт водым в приромде (гидрологимческий цикл), влагооборомт -- процесс циклического перемещения воды в земной биосфере. Состоит из испарения воды, переноса паров воздушными течениями, их конденсации, выпадения в виде осадков (дождь, снег и т. д.) и переноса воды реками и другими водоёмами. Вода испаряется с поверхности суши и водоёмов (рек, озёр, водохранилищ и т. д.), однако бомльшая часть воды испаряется с поверхности Мирового океана. Круговорот воды связывает воедино все части гидросферы.

Температура

Температура - это один из самых универсальных активных инеустранимых факторов водной среды.

Температурный диапазон обитания гидробионтов достаточно широк: известны морские животные, живущие при t = - 3,3?С (Вост. берег Север.Америки), синезел?ные водоросли, живущие в горячих источниках при t=+93?C.

Для водных объектов характерны две специфические характеристики:

- стагнация - отсутствие вертикальной циркуляции водных масс;

- стратификация - слоистое распределение температуры по вертикали.

- прямая стратификация - т?плые воды располагаются над холодными (летние ситуации);

- обратная стратификация - холодные воды располагаются над болеет?плыми (зимняя ситуация);

- гомотермия - равномерное распределение температуры по вертикали,характерно для проточных водных объектов, реже в морях, оз?рах.

Экологические зоны по вертикали (по температурному фактору).

Мировой океан:

- Эпиталасс - температурное колебание;

- Метаталасс - температурный скачок (термоклин);

- Гипоталасс - температурная стабильность.

Континентальные водоемы:

- Эпилимнион - температурное колебание;

- Металимнион - температурный скачок (термоклин);

- Гиполимнион - слабые изменения температуры.

Сезонная динамика тепловой слоистости вод.

- весенний период (апрель) частичная циркуляция сменяется полной;

- весеннее-летний период (май, июнь, июль, частично август) - прямая слоистость, прямая стратификация, стагнация, температура на поверхности возрастает до 23?С, в придонной области температура возрастает до +6?С и сохраняется на одном уровне;

- летнее-осенний период (август, сентябрь) - частичная циркуляция вод, на поверхности температура воды постепенно снижается, в придонной области наоборот - повышается до 8?С. Затем полная циркуляция (октябрь) приводит кг омотермии - температура по всей толще устанавливается на уровне +4?С;

- зимний период (ноябрь - март) - обратная слоистость: на поверхности -ледяное покрытие, в придонной области 2-4 ?С.С сезонной динамикой температуры воды в крупных водных объектах связано формирование термического бара - это вертикальный слой воды повышенной плотности, он препятствует водообмену между районами водо?ма.

Свет

Световой диапазон. Основное количество света водный объект получает:

- сверху от источников, которые находятся вне (солнце, луна);

- внутри водо?ма, светящиеся растения и животные.

Поглощение и рассеяние падающего света зависят от спектрального состава излучения солнца. Наиболее интенсивно поглощаются лучиневидимого спектра - инфракрасные и ультрафиолетовые, практически в верхнем метровом слое воды.

По степени освещенности толща воды делится на 3 зоны:

Верхняя зона - эвфотическая, простирается в морских водах до глубины200 м; в пресных - 2 -4 величины прозрачности; охватывает 10% дна, где обитают 80% донных животных;

Вторая зона - дисфотическая (сумеречная), в морских водах простирается до глубины 1000 - 1500 м;

Третья зона - афотическая (темная).

Гелиотропизм -это явление ориентировки животных и растений в направлении лучей солнечной радиации.

Фототропизм-явление принудительной ориентировки животных и растений в отношении направления световых лучей:

- положительный фототропизм - ориентировка к свету;

- отрицательный фототропизм - ориентировка от света.

Знак фототропизма меняется, имеет приспособительное значение:

- понижение температуры усиливает положительный фототропизм;

- повышение температуры усиливает отрицательный фототропизм;

- недостаток кислорода, действие ядов приводят к изменению отрицательного фототропизма на положительный фототропизм.

По отношению к свету различают экологические группы гидробионтов:

эврифотные - переносят широкий диапазон колебания света;

стенофотные - переносят узкий световой диапазон (олигофотные, мезофотные, полифотные).

Водным животным свет необходим:

- для распознавания среды;

- определения выгодного положения в пространстве;

- сигнальное значение;- регулирует размножение, половое соотношение.

Биолюминесценция (Б/л) - это видимое свечение живых организмов, связанное с процессами их жизнедеятельности и обусловленное ферментативным окислением люциферинов.

Газовый режим

Растворенные в воде газы. В литре воды содержится не > 20-25 см3воздуха.

Газами, растворенными в воде, являются:

Кислород - О2;Азот - N2;Углекислота - СО2;Сероводород - H2S;Метан - СН4.

Вода обогащается кислородом 3 главными путями:

1. За сч?т работы фотосинтезирующих растений;2. За сч?т вторжения (инвазии) из атмосферы;

3. За сч?т поступления вод с высокой концентрацией О2.

Убыль кислорода из водных объектов происходит через:

1. Потребление О2 на окислительные процессы, дыхание;2. Выход в атмосферу (эвазия);

3. Приток воды с низкой концентрацией О2.

Нормальное содержание О2: в пресной воде - 10,29 мл О2/л (14,7 мг О2/л); в морской воде - 6,0 мл О2/л (8,58 мг О2/л), при t=20о С.

Кислород для водного населения - решающий фактор среды. Для О2любого водного объекта характерно явление «кислородной дихотомии, стратификации», развивающееся в период стагнации (застоя) вод, при отсутствии циркуляции водных масс (аналогичная ситуация имеет место с температурным фактором).

Различаются:

- прямая стратификация - О2 в поверхностных слоях больше, чем в ниже расположенных;

- обратная стратификация - О2 в поверхностных слоях меньше, чем в нижерасположенных;

- гомооксигения - равномерное распределение по всей толще воды, характерна для водотоков.

При снижении концентрации О2 ниже норматива, в воде созда?тся его дефицит, развивается замор - массовая гибель гидробионтов от недостатка О2в воде.

Летние заморы в период «цветения вод», интенсивного развития водорослей развиваются ночью «молниеносно».

Зимние заморы обычны в лимнических системах из-за развивающегося дефицита О2, интенсивно расходуемого на окисление разлагаемой (отмершей)летней биоты.

Основная причина замора - окисление гуминовых веществ за счет кислорода.

При эколого-санитарном контроле воды, оценке уровня органического загрязнения используют следующие основные кислородные показатели:

- Биохимическое потребление кислорода (БПК) - количество растворенного кислорода, потребляемого за установленное время и в определенных условиях (в аэробных условиях) при биохимическом окислении содержащихся в воде органических веществ;

- Химическое потребление кислорода (ХПК) - количество кислорода, потребляемое при химическом окислении содержащихся в воде органических и неорганических веществ под действием различных окислителей. Сероводород, H2Sобразуется в водо?мах при гниении белков на больших глубинах при слабом проветривании или при восстановлении сульфатов сульфатредуцирующими бактериями р. Microspira. Сульфаты переводятся вкарбонаты

Углекислота, СО2 для животных является ядом. Для растений СО2 - необходимое условие существования (фотосинтез).

Метан, СН4Повышение количества CH4 приводит к снижению О2. Для животных метан ядовит.

Метанокислые бактерии используют метан как источник энергии иуглерода, окисляют метан до двуокиси углерода > СО2.

3. Население гидросферы

Население гидросферы по числу видов (более 250000) заметно уступает наземному из-за необычайного богатства в нем фауны и насекомых. Иная картина получается если сравнение вести по классам. Например, из 33-х классов растений, 18 видов -гидрофиты. Эти данные рассматриваются как доказательство того, что жизнь зародилась не в воздушной, а в водной среде. Одна из характерных особенностей водного населения -резкое преобладание массы над фитомассой, в то время как на Земле наблюдается обратная картина.

Биомасса в различных районах Мирового океана колеблется в очень широких пределах. Так в верхнем 100-метровом слое в районе экватора биомасса составляет около 500 мг/м3 и более, а в водах Субарктики и Субантарктики соответственно 100-300 мг/м.

Фитобеноз состоит в основном из бурых, красных и зеленых водорослей, а также некоторых цветковых растений.

Зообеноз в наибольшей степени представлен простейшими, кишечнополостными, ракообразными, головоногими и рыбами. Планктон по видовому составу в основном представлен ракообразными.

Флора и фауна Мирового океана с продвижением в глубь по числу видов и численности значительно обедняются. Это связано с ухудшением условий обитания. Основным источником пищи глубоководных является скопление органических веществ на дне.

Нейстон. Плейстон. Нейстон- это совокупность гидробионтов, жизнь которых связана с поверхностной пленкой воды.

Нейстон включает:

- Фитонейстон (водоросли);

- Зоонейстон (клопы водомерки, жуки, мухи, ракообразные, моллюски и др.);

- Бактерионейстон.

По обитанию различают:

- Эпинейстон - организмы, обитающие на поверхностной пленке; - Гипонейстон - организмы, обитающие под пленкой до глубины 5 см.

Условия обитания в нейстоне:

Благоприятные:

- Высокая освещенность;

- Хорошая прогреваемость воды;

- Высокие концентрации микроэлементов (Ni, Al, Mn, Fe и др.), неживого органического вещества (НОВ, его в 500 раз больше ОВ организмов).

Неблагоприятные:

- Пленка подвергается воздействию двух стихий, фаз: воздух - вода;

- Верхние слои воды постоянно перемешиваются ветром; дрейфовыми течениями, сгонами воды > организмы находятся в «механически неустойчивом состоянии»;

- Действие на поверхностную пленку факторов воздушной среды: tєС, дождь, осадки, опреснение, изменение ионного состава.

Роль нейстона в экосистемах:

- Инкубатор молодняка;

- Формируются пищевые запасы;

- Составной элемент в структуре экосистем, биотического круговорота;

- Важное звено в самоочищении вод;

- Зона искусственного выращивания молоди ценных морских рыб;

- Ступень продвижения человека в гидросферу.

Плейстон - совокупность пассивно плавающих организмов, часть тела которых выставляется из воды, т.е. находится одновременно в водной и воздушной средах.

Планктон -- это организмы либоне способные к активным движениям, либо обладающие ими, но не могущие противостоять токам воды, которыми они переносятся с места на место. Для планктических организмов характерно формирование конвергентных обликов -- это приобретение в ходе эволюции сходного строения и функцийне родственными организмами вследствие приспособления к одинаковым условиям существования (шары, барабаны, диски, палки, ежевидные, кустовидные и др.)

В пелагиали по совокупности абиотических и биотических характеристик экологические зоны выделяются в двух направлениях - вертикальном игоризонтальном.

По горизонтали выделяют:

- Неритическая зона (nerites - прибрежье) - лежит под областью материкового плато, столб воды, ограниченный границей распространения растений.

- Океаническая зона - простирается над зонами батиали, абиссали и гадали.

По вертикали выделяют зоны с уч?том различных факторов:

1) по температурному фактору:

- Эпиталасс - верхний слой воды с резко выраженными сезонными

колебаниями температуры;

- Метаталасс (термоклин) - слой резкого перепада температуры;

температурный скачок, расположенный на глубине 15 - 100 м;

- Гипоталасс - глубинный слой, где температура в течение года практически не изменяется.

2) по топическому критерию:

- Эпипелагиаль - верхний слой воды до нижней границы сублиторали, где грубо проходит граница между освещенной и неосвещенной областями, то есть неритическая + часть океанической.

- Батипелагиаль - столб от эпипелагиали до нижней границы батиали.

- Абиссопелагиаль - до глубины 6 - 7 тыс. м.- Ультраабиссопелагиаль.

3) по фактору освещенности зоны:

- Эвфотическая,

- Дисфотическая,

- Афотическая.

Классификация планктона.

Характерным признаком поведения планктонных организмов являются миграции. Миграции -- это массовые перемещения организмов, которые повторяются регулярно во времени и пространстве. Миграция - звено жизненного цикла, связанное с предыдущими и последующими звеньями.



Различают следующие типы миграций:

Периодические миграции - совершаются закономерно через определенные промежутки времени.

Непериодические миграции (нерегулярные) - они хаотичны, часто заканчиваются массовой гибелью животных.

Онтогенетические миграции - вызываются изменениями требований животного к условиям существования на разных стадиях. Эти миграции обеспечивают расселение вида, происходят на стадии личинки, во время размножения, полового созревания.

Генеративные миграции (лат. genero - рождаю, провожу) регулируют функцию полового размножения.

Причины миграций - максимальное удовлетворение потребностей организмов, обеспечение благоприятных условий - это наличие пищи, врагов хищников и другие факторы.

Миграции могут быть: горизонтальными; вертикальными.

Бентос - это жизненная форма, совокупность гидробионтов, жизнь которых связана с дном, мягкими и твердыми грунтами.

Бентонты приспособлены обитать:

- на одном грунте - это стеноэдафическая группа;

- на разных грунтах - это полиэдафическая группа.

Классификации бентоса

Классификация бентоса по образу, характеру жизни:

1. Прикрепленные (сессильные, сидячие). Среди позвоночных животных этаформа отсутствует. В массе представлена у фитобентоса;

2. Сверлящие бентосные организмы (инфауна) - просверливают ходы в плотных осадочных породах, скалах, граните, мраморе, бетоне, кирпиче, дереве;

3. Закапывающиеся бентосные организмы (инфауна). Представители: морские ежи, голотурии, брюхоногие и двустворчатые моллюски, черви, ракообразные, личинки насекомых и др.

Они либо свободно передвигаются в поисках пищи, либо живут постоянно в ходах и трубках в целях защиты.

4. Лежащие бентосные организмы (седентарные) - эпифауна, онфауна. Приспособления: широкое основание при низкой высоте тела;

5. Двигающиеся бентосные организмы (вагильные);

6. Некто-бентические организмы - могут быстро передвигаться по грунту и в воде;

7. Псевдобентос = пелагобентос - в зоне контакта водной толщи с дном эти организмы то плавают, то передвигаются по грунту или закапываются в него.

4. Уровни организации населения гидросферы

Популяция - совокупность особей одного вида, заселяющих определенное пространство конкретного ареала, обладающих единой территорией и общностью генофонда. Это элементарная единица в экологии, над организменная форма организации жизни. Любая жизненная форма гидробионтов - это совокупность популяций.

Отличительная черта популяции - способность к самовоспроизводству. То есть это открытая саморегулирующая система.

Различают следующие категории популяций:

1. Псевдопопуляции - отдельные популяции у ряда видов не выявляются, они себя не воспроизводят, длительное время существуют в конкретном биотопе за счет поступления новых особей извне. Формируются в реофильных планктонных, нейстонных жизненных формах, в районах поступления загрязнений.

2. Зависимые популяции - воспроизводят себя лишь частично, существуют за счет иммиграции (вселения особей).

3. Независимые популяции - они полностью воспроизводят себя, в отдельных случаях обеспечивают пополнение псевдопопуляций и зависимых популяций.

Каждая популяция оценивается показателями двух категорий:

1. Структурные (статические);

2. Функциональные (динамические).

Структурные (статические) показатели включают:

1)Плотность популяции - это отношение количества организмов к единице занимаемого пространства;

2) Хорология, т.е. распределение особей популяции в занимаемом пространстве.

Различают:

- беспорядочное (случайное) - характерно для донных организмов;

- однообразное - возникает при однородности окружения, острой конкуренции и антагонизма между организмами;

3) Возрастной состав (возрастная структура) - это соотношение особей разного возраста в пределах конкретной популяции. Он определяется:

- наследственными свойствами вида; это видовое приспособление;

- конкретными условиями существования;

4) Половая структура - это соотношение особей разного пола. Она определяется: наследственными свойствами вида; внешними условиями;

5) Генеративная структура популяции (то есть размножающихся особей) определяется соотношением особей, находящихся в стадии:

- Префертильной - N особей, не способных еще размножаться;

- Фертильной - N особей размножающихся;

- Постфертильной - утративших способность к размножению.

Функциональные (динамические) показатели

1) Рост

По функциональной значимости различают:

- соматический рост - увеличение массы тела до наступления репродуктивной зрелости. По достижению половозрелости, соматический рост особей замедляется или прекращается;

- генеративный рост - образование отчуждаемого полового материала (икра, зародыши и др.).

По продолжительности различают категории роста:

- бесконечный (ассимптотический), постоянный - он длится всю жизнь;

- конечный - завершается при достижении какого-то возраста (массы). Четко выражен у коловраток.

- периодический - характерен для большинства пойкилотермных животных.

По динамике рост может быть:

- гармоничным (изометричным), когда с возрастом все пропорции тела остаются постоянными (например, коловратки);

- дисгармоничным (анизометричным), когда с возрастом форма и пропорции тела изменяются.

2) Питание

Население водной среды в зависимости от характера питания делится на 3 группы: 1) Продуценты; 2) Консументы; 3) Редуценты.

Для гидробионтов характерны:

- Экзогенное питание, добывание пищи извне, которое может быть :фототрофным; осмотрофным; голозойным.

- Эндогенное питание, когда пища не берется из внешней среды. Приэндогенном питании используются: вещества собственного тела (анабиоз, спячка, голодание); вещества, образующиеся в симбиотических водорослях.

Спектр питания - это компонентный состав пищи. Он характеризуется двумя аспектами:

- конкретный качественный ассортимент потребляемых кормов;

- процентное и количественное соотношение кормов.

Интенсивность питания - это отношение массы пищи, потребляемой в единицу времени к массе самого потребителя.

3) Дыхание

Узкое понимание дыхания - это процесс поглощения О2 и освобождения от СО2.

Внутрипопуляционные отношения.

Внутрипопуляционные отношения - в каких бы формах они не проявлялись, служат интересам процветания вида в целом.

Формы внутрипопуляционных отношений:

1) Конкуренция, каннибализм - хищники, поедая свою молодь, осваивают кормовые ресурсы, которые непосредственно не могут использовать(морские звезды Asterias rubens, бокоплавы Gammarus pulex, рачки р.Cyclops, личинки комаров Procladius, окунь, щука, налим, гуппи и др.);

2) Образование скоплений в виде роев стай - обеспечивается забота о потомстве (киты, дельфины, крабов помогают освободиться от панциря, дрейссены), обнаружение защита от врагов;

3) Антогонизм в форме прямой борьбы за кормовые участки; убежища; обладание самками. Победитель побежденного не преследует;

4) Иерархические отношения - неравноценность особей у гидробионтов изучены слабо.

Гидробиоценоз

Гидробиоценоз (ГБЦ) - это совокупность популяций, населяющих тот или иной биотоп и обуславливающая во взаимодействии с абиотическим окружением круговорот веществ за счет поступления энергии извне.

Основные характеристики ГБЦ:

1. ГБЦ существует только во взаимодействии с мертвой природой, через которую замыкается круговорот веществ;

2. ГБЦ - замкнутые системы по массообмену. Присутствует автотрофный комплекс >ГБЦ полночленные. Лишенные автотрофов исостоящие из гетеротрофов - неполночленные, существуют за счет энергииаллохтонного вещества (активный ил, подземные воды, стоки загрязненных вод);

3. Чем шире границы биотопа, тем крупнее ГБЦ. В рамках крупного ГБЦ выделяют мелке (ГБЦ скалистой литорали, бетонных откосов и др.);

4. В рамках системного подхода используют только некоторые популяции, относящиеся к какому-то таксономическому рангу: фитоценозы, зооценозы, ихтиоценозы;

5. Границы ГБЦ не резкие, не дискретные. В местах соприкосновения биоценозов формируется переходная зона - экотон. Проявляется краевой эффект - увеличивается видовое разнообразие;

6. Популяции ГБЦ - взаимозависимы с использованием обратных связей, что обеспечивает сохранность системы в условиях неблагоприятных воздействий.

ГБЦ оцениваются по:

- Структурным (статическим) показателям: видовая структура, размерная структура, хорология;

- Функциональным (динамическим) показателям: трофические связи, продуцирование органического вещества, круговорот веществ, поток энергии.

Структура биоценозов

1. Видовая структура - характеризуется числом видов, их численностью и биомассой.

Различают виды:

- доминантные;

- субдоминантные;

- второстепенные;

- случайные.

Формы взаимоотношений видов в ГБЦ:

- Топические - один вид изменяет физико-химические условия обитания других;

- Трофические - один вид поедает другой;

- Фабрические - один вид строит сооружения за счет использования других вдов;

- Форические - один вид использует особей другого вида для перемещения.

Специфический тип взаимоотношения видов:

- Консорции - совокупность видов, связанных пищевыми, топическими(территориальными) или фабрическими связями с видом - эдификатором или детерминатором, от которого они зависят;

- Гильдии - совокупность видов близких в функциональном отношении, то есть виды одной «профессии».

По степени привязанности вида к ГБЦ различают следующие категории видов:

- Характерные (эуценные) - свойственны одному биоценозу, либо представлены обильнее, чем в других;

- Преферентные (тихоценные) - предпочитают один биоценоз, но могут обитать в другом;

- Чуждые (ксеноценные) - случайно попавшие в биоценоз;

- Убиквисты (индифферентные) - успешно живут в нескольких биоценозах. N характерных видов> N преферентных >N чуждых.

Показатели видовой структуры: Индекс видового разнообразия Симпсона; Индекс видового разнообразия Менхинника; Индекс выровненности по Пиеллу; Информационный коэффициент видового разнообразия

Шеннона - Маргалефа.

Показатели общности видовой структуры:

Коэффициент Жаккара; Коэффициент Серенс?на; Коэффициент Серенс?на- Чекановского.

2. Размерная структура ГБЦ определяется величиной организмов,образующих популяции;

3. Хорология. В пространственной структуре биоценозов различают распределение > Вертикальное (ярусное), горизонтальное (мозаичное);

4. Трофические связи. В связи с трофической ролью среди гидробионтов конкретных ГБЦ выделяют:

- Автотрофных организмов - источников первопищи;

- Гетеротрофов - источников пищи хищников.

Экологические сукцессии.

Одно из основных свойств ГБЦ - их динамичность: меняются доминанты, обилие видов, структурно-функциональные характеристики. Развитие, закономерное изменение биоценозов - это экологическая сукцессия (ЭС). ЭС - это не сезонная последовательность сменяющих друг друга сообществ. ЭС - это направленный процесс, это вектор в историческом процессе.

Для сукцессий характерно:

1. Это направленный упорядоченный процесс развития сообщества, он предсказуем;

2. Сукцессия происходит в результате изменения физической среды под действием и контролем сообщества. Физическое окружение не является причиной сукцессии, оно определяет специфику, характер (скорость, пределы изменения) сукцессии.

3. Кульминацией сукцессии являются сбалансированные устойчивые биоценозы, экосистемы. Достигается состояние равновесное с абиотической средой - относительной стабильности сообществ - состояние климакса.

В водных экосистемах различают сукцессии:

1) Первичные - сукцессия начинается с образования новой экосистемы (водо?ма).

2) Вторичные - сукцессия развивается в длительно существующих, временных экосистемах (спускаемые рыбоводные пруды, осушаемая зонаво дохранилища и т.д.).

3) Аллогенная (экзогенная) сукцессия - обусловлена внешними гео-, физико-химическими, антропогенными признаками, изменяющими условия среды, биотоп > разработка каолита, золота, формирование водохранилищ и др.

4) Автогенная (эндогенная) сукцессия - является результатом действующих биологических процессов, она ид?т в направлении эволюционного развития ГБЦ, экосистемы.
5) Автотрофная сукцессия - определяется развитием, изменением фитоценозов (эвтрофирование, зарастание, заболачивание озер, формирование болот);

6) Гетеротрофная сукцессия - определяется развитием гетеротрофов.

Признаки экологической сукцессии:

- Возрастает видовое разнообразие;

- Возрастает эквитабельность N видов;

- Популяции мелких организмов заменяются крупными с длительным жизненным циклом, снижаются траты на обменные процессы;

- Усложняется система трофических связей;

- Характер и скорость круговорота биогенных веществ изменяется посинусоиде.

5.Экология водных систем и продукция гидробиоценозов

Биологическая продукция - это прирост биомассы организмов за конкретный промежуток времени в единицу объема или площади. Само явление биологического продуцирования рассматривается в двух аспектах: свойство популяций; свойство водоемов.

Продукция популяций обуславливается видовыми особенностями и условиями существования (аналогия > урожайность сортов растений, породы животных).

Продуктивность водоемов включает свойство - обеспечивать темп воспроизводства его организмов (аналогия > плодородие почв, зависящее от растений, внешних условий и т.д.).

Модель потока энергии, поступающей в живую систему (организм, популяция) с пищей:

Скорость продукции - это накопление энергии в каждый момент времени.

Схема потока энергии в гидробиоценозе.

Количество продукции - это накопление энергии за промежуток времени

Первичная продукция

Первичная продукция - (продукция продуцентов, автотрофов) - это количество органического вещества (ОВ), синтезированного автотрофными организмами за определенный промежуток времени, отнесенное к единице площади или объема водо?ма.

Выделяют следующие разновидности:

- Валовая первичная продукция планктона (А) - совокупность всех новообразованных при фотосинтезе органических веществ;

- Чистая первичная продукция планктона (Р) - разность между валовой продукцией и дыханием (деструкцией, R) всего планктона (P = A - R);

- Эффективная продукция фитопланктона (Рe) - часть новообразованного ОВ, оставшаяся от окисления в процессе дыхания. (Rфпл).

Ре = А - R фпл.

Единственный источник новообразования ОВ в водоеме -фотосинтезирующие организмы (автотрофы). Часть солнечной радиации с участием хлорофилла переводится в потенциальную энергию ОВ. Сочетание окислительно-восстановительных реакций может быть отражено уравнением:

6 СО₂ + 6 Н2О >(свет/С хл) =С6Н12О6 + 6 О2

1 г - мол (180 г) глюкозы >освобождает >192 г О₂ > затрачивает 264 г СО2

Нельзя смешивать понятия «интенсивность фотосинтеза» с «величиной первичной продукции».

Интенсивность фотосинтеза - интенсивность новообразования ОВ, отнесенная к массе растений (то есть это свойство растений).

Величина первичной продукции - количество ОВ отнес?нное к объ?м у водных масс.

В мезотрофном водо?ме (цветение вод): растений много, продукция высокая - интенсивность фотосинтеза низкая (действие токсикантов).

Методы определения первичной продукции (ПП). Выделяют 4 группы методов:

1)Определение ПП по количеству хлорофилла;

2) Определение ПП по анализу изменений О₂, рН, биогенов в открытом водоеме;

3) Метод светлых и темных склянок в кислородной и радиоуглеродной модификациях;

4) Расчетный способ через величину прозрачности (S), (А) максимальное в М³.

Вторичная продукция.

Вторичная продукция - это прирост ОВ за счет жизнедеятельности гетеротрофных организмов, отнесенный к некоторому периоду времени и единице пространства.

Во вторичной продукции различают:

- Соматическую (Ps) - прирост массы (энергии) тела;

- Генеративную (Pq) - прирост массы (энергии) выметанных половых продуктов;

- Экзувиальную (Pex);

- Метаболитную (Pm).

P = Ps + Pq + Pex + Pm

Расчет вторичной продукции учитывает динамику размерно-возрастного состава, роста и развития популяции.

Продукция популяций многоклеточных животных.
I. Расчет продукции когорты, ведет начало от классических исследований Бойсен - Йенсена.

Р = (В2 - В1) + Ве

В2 - В1 - разность между конечной (В2) и начальной (В1) биомассами за период времени (t2 - t1).

Ве - биомасса элиминированных (выбывших) особей.

II. Расчет продукции как суммы приростов особей включает исследования по:

- Размерно-возрастному составу популяций;

- Приросту массы тела особей.

Продукция особей отдельной i - той возрастной (размерной) группы

Продукция соматического роста популяции - это сумма продукций возрастных групп (Pi) и определяется через калорийность, то есть переводится в калории.

Продукция генеративного роста

где w_q - масса яйца, новорожденного; F - количество яиц в кладке; D -продолжительность развития яйца; N - количество самок в м³.

Продукция популяции животных Р = Рs + Рq , г (кал)/м³сут. (мес).

III. Приближенная оценка продукции популяций животных

3.1. Через величину удельной продукции - это продукция за единицувремени в расчете на единицу биомассы (Cw = P/B).

Р = Cw * Вср

3.2. Физиологическим методом - он дает приближенные, ориентировочные величины продукции водных животных, если отсутствуют данные скорости роста животных отдельных возрастов, составляющих популяцию.

Расчет продукции этим способом возможен, когда известны:

- Траты на обмен животных, деструкция (R);

- Соотношение трат (R) с продукцией (Рs), передаваемое коэффициентом эффективности использования ассимилированной энергии пищи (А) на рост - К₂.

К₂ = Р/А = Р/(P+R)

Коэффициенты а и b слабо варьируют в пределах таксономической

группы и берутся по литературным источникам.

R = Q * Kc * N = a * w_i^b* N*Kc/ q

q - температурная поправка на реальную температуру воды.

Из формулы К₂ = Р/А = Р/(P+R) рассчитывается продукция особи определенной массы (возраста):

Метод получил название «физиологический», так как в основу его положена ведущая функция организма - дыхание, скорость потребления кислорода.

Сообщества водных животных включают:

- Первичных консументов - мирные животные;

- Вторичных консументов - хищные животные, хищники могут быть облигатными (Схо) и факультативными (Схф).

Часть продукции нехищных (мирных) животных потребляется внутрибиоценоза хищниками, поэтому продукция сообщества рассчитывается по формуле:

Рс = Рм + Рх - Сх, Сх = Схо + 0,5Схф

Рационы рассчитываются через ассимилированную энергию (А) и усвояемость пищи (U):

U = A/C, C = A/U = P + R/ U, Ux = 0,8, Uм = 0,6.

6.Биологические ресурсы гидросферы

Биологические ресурсы гидросферы в отличие от минеральных - самовозобновляющие, воспроизводящиеся ресурсы и при бережном рациональном использовании могут служить неопределенно долгое время. Они отличаются чрезвычайным разнообразием видового состава как животных, так и представителей растительного мира. Всего в океане обитает 14 тыс. видов растений, более 160 тыс. видов животных, среди которых более 100 тыс. видов моллюсков и ракообразных, почти 22 тыс. видов рыб ( из них 8,3 тыс. видов пресноводных и около 14 тыс. морских) и 100 видов млекопитающих (в том числе 33 вида ластоногих и 58 видов китообразных).

Распределены биологические ресурсы практически во всех географических областях Мирового океана и водоемах суши. На формирование биологической продуктивности океана большое влияние оказывают солнечная радиация, растворенная в воде углекислота и содержание биогенных элементов ( в основном азота, фосфора, кремния.)

На биологическую продуктивность Мирового океана оказывает большое влияние зональность: вертикальная, широтная и циркумконтинентальная. При рассмотрении вертикальной зональности обычно выделяют: поверхностную, промежуточную и глубинные зоны. В качестве нижней границы поверхностной зоны (зона фотосинтеза) принимают обычно глубину, где интенсивность освещения уменьшается до 1% ее значения на поверхности. Положение ее нижней границы зависит от географической широты, времени года и суток, прозрачности вод и волнения. В среднем глубина этой зоны составляет 200 м. Поверхностная зона - наиболее высокопродуктивная зона океана, создающая исходную базу органического вещества обеспечивающего функционирование всей жизни в океане. Основные промысловые запасы придонных морских рыб, беспозвоночных животных и растений, сосредоточены в этой зоне, где ведется их активный промысел.

Промежуточная (ниже поверхностной - до глубины 700 -1000 м) и глубинная (ниже 1000 м) имеют гораздо меньшее промысловое значение. Сообщества организмов этих зон представлены животными, существующими за счет энергии, поступающей с поверхностного слоя. Более 2/3 биомассы животных Мирового океана сосредоточены в верхнем фотическом слое.

Широтная физико-географическая зональность определяется в основном климатическими факторами. Процесс продуцирования органического вещества и его использования конкурентами связан с сезонными изменениями освещенности и температуры воды поверхностного слоя. В тесной связи с широтным распределением солнечной радиации и происходит распределение первичной продукции фитозоопланктона, что сказывается на биопродуктивности водоемов и, в конечном итоге, на величине мировых уловов. Так, в 2000 г. наиболее значительные годовые уловы и рыбопродуктивность были отмечены в умеренных водах бореальной зоны (улов - 40 млн. т., рыбопродуктивность - 760 кг/км2); в значительно меньшей степени эти показатели отличались в нотальной и тропической областях (годовые уловы составляли соответственно20 и 25 млн. т. при рыбопродуктивности 214 и 179 кг/км2 ) и совсем незначительные уловы отмечались в Антарктических водах.

Общей установленной закономерностью является тот факт, что тропическая область (зона) отличается очень большим видовым составом фауны и флоры по сравнению с другими зоогеографическими районами, но в количественном отношении (рыбопродуктивности) представители этой области уступают умеренным областям.

Для каждой зоны зоогеографической области океана характерен свой промыслово - географический комплекс рыб. Так, для арктической и антарктической областей соответствует промыслово-географический комплекс холодных вод ( с профилирующими промысловыми видами рыб в антарктической зоне - белокровные рыбы, антарктическая серебрянка и др.); бореальной области соответствует промыслово-географический комплекс умеренно - холодных вод северного полушария (атлантические и тихоокеанские сельди, тресковые, мойва, атлантическая скумбрия, камбаловые и др); нотальной области соответствует промыслово-географический комплекс умеренно - холодных вод южного полушария (южная путассу, мерлузы, макрурусы, нототеневые и др.), тропической области соответствует экваториально - тропический комплекс (сардинеллы, тунцы, тропические скумбрии, тропические сельди и др.). Наибольшее число промысловых видов рыб обитает, как правило, в зоне шельфовых вод, содержащих пелагические и придонные виды; для прибрежно-солоноватых вод характерны преимущественно морские придонные и проходные (диадромные), а для открытых вод - пелагические рыбы.

Циркумконтинентальная зональность определяется степенью связи процессов, происходящих в океане, с прямым и косвенным воздействием условий. Она может оказывать существенное воздействие на биологическую продуктивность морей и океанов, омывающих континенты, и вносить поправки в широтную зональность. Можно говорить о нескольких видах циркумконтинентальной зональности, в частности в районах впадения крупных рек, в областях прибрежных аппвелингов, в зонах ледового разноса и др.

Для повышения продуктивности водоемов проводят работу по акклиматизации гидробионтов. Под акклиматизацией понимается приспособление организмов к существованию за пределами своего ареала, которое возникает в результате осуществленной человеком интродукции и характеризуется не только выживанием и размножением особей, но и нормальным развитием последующих поколений, т.е. натурализацией акклиматизанта. Акклиматизация в интересах получения большого количества ценного биологического сырья с водных угодий ведется путем вселения новых промысловых объектов (рыбы, водные млекопитающие), и кормовых для них организмов (черви, моллюски и ракообразные). Вселение пресноводных организмов широко развернулось в 40-е годы в странах бывшего СССР в связи с обогащением кормовой базы водохранилищ. В качестве интродуцентов использовано 50 видов: полихет - 4, амфипод - 19, мизид - 9, кумовых - 7, моллюсков - 10. В новых водоемах прижилось 30 видов, из которых многие стали массовыми. Интродукции в моря проводились реже, но носили более массовый характер. Самая крупная - вселение из Азовского моря в Каспийское полихеты нереис, которая вошла в рацион осетровых, воблы, леща. После вселения в Арал мизид и бычков промысловые запасы судака и берша увеличились с 1 тыс. тонн до 12 тыс. тонн.

Рассматривая состав сырьевой базы современного рыболовства по группам промысловых гидробионтов, можно отметить, что преобладающая часть представлена морскими рыбами. Примерно в 10 раз меньше добывают моллюсков и ракообразных. В 15 раз - пресноводных рыб. Водоросли естественного происхождения в этом перечне составляют около 1%.

Соотношение тех же промысловых групп значительно изменится, если рассмотреть состав изъятых водных биоресурсов, добавив сюда продукцию аквакультуры, составляющей около 1/3 общемировой добычи гидробионтов. Морские рыбы по-прежнему составляют основу мирового рыболовства. Однако их доля сократилась почти в 1,5 раза. Напротив, в 3,5 раза возросла доля пресноводных рыб, которые стали вторыми по объемам вылова. Более чем в 1,5 раза увеличен удельный вес моллюсков, но более всего (в 8 раз) - водорослей.

На протяжении последних 15-20 лет выражена устойчивая тенденция роста добычи беспозвоночных животных. Причем это проявляется не только в абсолютных показателях, но и доле в общих уловах водных биоресурсов. Если в 1985 г. мировой вылов беспозвоночных составил 8,3 млн. тонн, или 10,3% общемирового вылова, то в 2000 г. указанные параметры составили, соответственно, 14,9 млн. тонн и 15,5%.

Из всего выше изложенного можно заключить, что мировое рыболовство, несмотря на предостережения о возможном подрыве запасов основных промысловых объектов, прежде всего наращивает объемы добычи наиболее ценных гидробионтов. На протяжении XX века общий вылов увеличили более чем в 20 раз - с 7 до 142 млн. тонн. Основной объем вылова дает Тихий океан. Водные биологические ресурсы Атлантики обусловливают немногим более 1/4 мирового вылова. Индийский океан - 1/10 часть. Современное рыболовство преимущественно ориентировано на добычу рыб, доля которых составляет примерно 3/4 общемирового улова. Затем следуют моллюски и ракообразные. Среди промысловых объектов естественного происхождения значение водорослей невелико. Однако за счет больших объемов товарного выращивания промышленная добыча водных растений оказывается выше, чем ракообразных.

Одна из важнейших мер - защита водоемов от загрязнения. Поллютанты могут вызывать отравление промысловых организмов, снижение их численности в результате гибели кормовых для них объектов, ухудшает газовый режим водоемов. Особенно большой вред гидробионтам наносит загрязнение нефтепродуктами, пестицидами, солями тяжелых металлов, радионуклидами, детергентами.

Воспроизводству рыб может наносить вред гидротехническое строительство, в частности сооружение плотин, перерезающих миграционные пути. Так, на Днепре нарушилось естественное размножение осетровых.

Большое значение имеет борьба с пищевыми конкурентами рыб. Так, личинки комара Procladius и циклоп Acanthocyclops поедают больше корма, чем все рыбы, вместе взятые.

Врагами рыб могут быть позвоночные и беспозвоночные. Личинка стрекозы Anax imperator, личинка жука - водолюба съедают до 50 мальков карпа, щитень - 8, клоп Нотонекта - 10. В Северном Каспии птицы поедают до 900 тыс. ц рыбы, птицы Новой Земли - до 1200 ц.

Огромный вред наносят рыбному промыслу паразиты. Попавшая в Аральское море трематода Ницшия резко сократила стадо Аральского шипа. Несколько миллионов карповых Каспийского моря ежегодно поражается ленточным червем лигула. Огромное к-во рыб погибает от вирусных и бактериальных заболеваний.

Основной элемент в комплексе борьбы с паразитами рыб - профилактика заболеваний, в частности, контроль за перевозками рыб. Помимо санитароно-профилактических, проводятся лечебные мероприятия: антипаразитарные обработки рыбы, использование антибиотиков, антигельминтиков, химико-терапевтических препаратов.

7.Состав и основные закономерности расселения населения в водоемах

Классификация континентальных водоемов (озера, реки, пойменные водоемы, эфемерные водоемы, водохранилища).

Реки.

Реки обладают общей для них особенностью - водная масса в них перемещается от истока к устью за счет уклона русла в сторону моря. Реки текут за счет силы тяжести Земли или гравитационного притяжения. Течение реки идет по руслу - или углублению в суше. Русло может быть пойменное и коренное. Различаются они тем, что по пойменному руслу река течет при самом большом уровне воды, например во время паводка, в то время как по коренному руслу река течет даже в самое сухое время года с наименьшим уровнем воды.

В реке различают следующие части: прибрежную - рипаль, срединную - медиаль и участок с наибольший течением - стержень. От истока к устью река делится на верхнее, нижнее в среднее течение. Верхнее течение наиболее бурное, среднее становится спокойным и многоводным за счет притоков, и самое медленное нижнее течение.

За счет боковой эрозии река часто меняет очертания берегов и образует излучены. В некоторых случаях русло снова выпрямляется, тогда отшнуровавшееся прежнее русло называется старицами, если же старицы сохраняют с новым связь, то получаются либо затоны, либо протоки. При впадении в море русло может несколько раз разойтись на рукава и образовать дельту. Иногда образуется обширный участок, напоминающий узкий морской залив - эстаурия.

Движение воды в реке, подъем уровня во время дождей в таяния снегов, различные климатические условия и различные минеральные породы дна реки приводят к тому, что условия для жизни в реках далеко не стабильны. К тому же минерализация вода сильно меняется в течение года и заметно снижается во время паводков. Газовый режим рек тоже различен в зимнее и летнее время. Особенно ухудшается газовый режим подо льдом в зимнее время. Все перечисленные выше факторы ведут к тому, что население рек характеризуется значительным видовым разнообразием.

...