Российский  государственный социальный университет

Филиал  в г.Чебоксары 

Экономический факультет

Специальность «Экология» 
 
 
 

Курсовая  работа  

По дисциплине: «Учение о биосфере» 

Пресноводные  экосистемы 
 
 
 
 
 

                                                                                       Выполнила:

                                                                                       Студент 4 курса

                                                                                       гр. ДЭ-1-07

                                                                                       Иванова Д.А.

                                                                                       Проверил:

                                                                                       к.б.н., доц. Карягин Ф.А.

Чебоксары  2010 

Содержание

Введение

Глава 1. -  Общие понятия………………………………………………………6

1. Экосистема и ее свойства …………………………………………...........6
2. Структура экосистем ……………………………………………………8
3. Особенности и факторы пресноводных    местообитаний……………………………………….……………...........10
4. Характеристика пресноводных экосистем……………………………..

Глава 2. – Риск и устойчивое развитие общества…………………………..23

1. Географическая изменчивость пресноводных экосистем…………23
2. Биогеографическое районирование пресных вод мира ……………26

Заключение 
 

Введение 

      Вода  — ценнейший природный ресурс. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Общеизвестна необходимость  ее для бытовых потребностей. Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.

      Актуальность заключается Запасы пресной воды на нашей планете далеко не безграничны. Дефицит чистой воды для многих районов земного шара стал насущной проблемой

      Целью данной работы является изучение  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                         Глава 1. Общие понятия

     1.1. Экосистема и ее свойства

     Экологическая система (экосистема) — совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределённо долгое время. Примеры экологических систем : луг, лес, озеро, океан. Экосистемы существуют везде — в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них. Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экосистемы, является принцип Ле-Шателье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

     Ученые  дифференцируют экосистемы на микроэкосистемы (например ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд) и макроэкосистемы (океан, континент). Глобальной экосистемой  стала биосфера, существуют свойства-признаки, которые позволяют определить понятие экосистемы, выступающей в качестве объекта правового регулирования. К ним относятся:

     1. Замкнутость экосистемы. Ее самостоятельное  функционирование. Можно сказать,  что, например, капля воды, лес,  море и т.д. являются экосистемами, поскольку в каждом из этих объектов функционирует собственная устойчивая система организмов (инфузорий в капле, рыб в море и т.п.). Замкнутость экологических систем обязывает всех природопользователей учитывать экологические последствия своих действий даже в том случае, если нет видимых проявлений воздействия на природу. Так, прокладка дороги на открытой местности, на первый взгляд, не влияет на окружающую природную среду. Но при определенных условиях дорога может стать источником экологического бедствия, например если она будет проложена без учета стока паводковых вод, которые, накапливаясь, могут разрушить земляной покров.

     2. Взаимосвязь экосистем. Этот признак  обусловливает необходимость комплексного  подхода при использовании природных  объектов, который на практике  получил название ландшафтного. Например, при отводе земель под пахотные угодья или проведении мелиорации необходимо учитывать миграционные пути представителей дикой фауны, сохранять нетронутыми отдельные кустарники, болота, перелески и т.д., то есть не нарушать сложившийся в данной местности ландшафт. Ландшафтный подход позволяет обеспечить общий экологический приоритет в природопользовании, в соответствии с которым все виды использования природных объектов должны быть подчинены требованиям экологического благополучия окружающей природной среды.

     3. Биопродуктивность. Данный признак способствует самовоспроизводству экосистемы, выполнению той или иной функции, что определяет в результате различный правовой статус природного объекта. Так, земли повышенного плодородия нужно отводить для нужд сельского хозяйства, а для других целей - малопродуктивные. Продуктивность также учитывают при установлении платы за пользование природным объектом, при налогообложении, в случае возмещения ущерба или наступления страхового события.

     Специалисты в области экологии определяют экологическую  систему как закрытую функционально  единую совокупность организмов (растений, животных, микроорганизмов), населяющих общую территорию и способных  к длительному существованию  при полностью замкнутом круговороте веществ (то есть при отсутствии материального обмена через ее границы). Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.2. Структура экосистем 

     Экосистемы  состоят из живого и неживого компонентов, называемых биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом. Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание тесных взаимосвязей, существующих между сообществом и абиотическим компонентом.

     Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные  организмы. Автотрофы синтезируют  необходимые им органические вещества из простых неорганических и делают, за исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества и (за исключением некоторых бактерий) используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.

     Гетеротрофы в своем существовании зависят  от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем.

     Организмы в экосистеме связаны общностью  энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить  единому механизму, потребляющему  энергию и питательные вещества для совершения работы.

     Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и  возвращаются либо в качестве отходов  жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов служит энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Таким образом, все живые организмы – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы. Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и химическую энергию. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.

     Кроме того, различают видовую, пространственную и трофическую структуры экоситем.

     Трофическая структура. Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга.

     Последовательность  питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями. Пищевые цепи состоят, как правило, из трех - пяти звеньев.

     Различают два типа трофических (пищевых) цепей. Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания. Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения.

     Линейные  пищевые цепи - большая редкость в природе. Как правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются. Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).

     Видовая структура экосистемы - это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов - видового разнообразия. Видовое разнообразие зависит от соотношения численности видов в экосистеме. Уменьшение видового разнообразия угрожает самому существованию вида в силу сокращения генетического разнообразия - запаса рецессивных аллелей, обеспечивающего приспособленность популяций к меняющимся условиям среды обитания.

     В свою очередь, видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия - разнообразия экосистем. Совокупность генетического, видового и экологического разнообразия составляет биологическое разнообразиепланеты.

     Деятельность  человека по влиянию на биологическое  разнообразие планеты превосходит  все известные в прошлом геологические  катастрофы. Очень важно не допустить такого снижения биоразнообразия, которое привело бы к снижению устойчивости экосистем, перешло бы границы их самовосстановительных возможностей.

     Пространственная  структура экосистемы. Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом - образуют пространственную структуру. Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.

     Основу  вертикальной структуры формирует  растительность.

     Растительное  сообщество определяет, как правило, облик экосистемы. Растения в значительной мере влияют на условия существования остальных видов. В лесу это крупные деревья, на лугах и в степях - многолетние травы, а в тундрах господствуют мхи и кустарнички.

     Обитая  совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи - ярусы. Имеется и подземная ярусность, что связано с разной глубиной проникновения в почву корневых систем растений. Благодаря ярусному расположению растения наиболее эффективно используют световой поток, при этом снижается конкуренция: светолюбивые растения занимают верхний ярус, а теневыносливые развиваются под их пологом.

     Животные  тоже приспособлены к жизни в  том или ином растительном ярусе.

     Вследствие  неоднородности рельефа, свойств почвы, различных биологических особенностей растения и в горизонтальном направлении располагаются микрогруппами, различными по видовому составу. Это явление носит название мозаичности. Мозаичность растительности - это своего рода "орнамент", образованный скоплениями растений разных видов.

     Благодаря вертикальной и горизонтальной структурам обитающие в экосистеме организмы более эффективно используют минеральные вещества почвы, влагу, световой поток.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1.3. Особенности и факторы пресноводных местообитаний 

     Пресные воды на поверхности континентов экосистем образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем и относительно неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут переходить из одного состояния в другое. В связи с этим пресноводные местообитания подразделяются на:

     — лентические экосистемы — озера  и пруды — стоячие воды;

     — лотические экосистемы — родники, ручьи, реки — текучие воды;

     — заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам — марши и болота.

     Составляя весьма малую часть от всех экосистем  биосферы, пресноводные экосистемы для  человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей:

     1) пресные воды — практически  единственный источник для бытовых  и промышленных нужд;

     2) пресноводные экосистемы представляют  собой самую удобную и дешевую  систему переработки отходов; 

     3) уникальность термодинамических  свойств воды, способствующих уменьшению  температурных колебаний среды.

     Лимитирующие  факторы водной среды — температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная — от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30—40 м в чистых горных озерах. Течение — также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах — влияет на распространение организмов и содержание газов и солей.

     Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах  является концентрация кислорода, чего нельзя сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается недостаток кальция и некоторых других элементов.

     На  численности и расселении водных организмов, в особенности рыб, сказывается  пространственное разделение пресных водоемов: в разных водоемах одни и те же экологические ниши занимают рыбы разных видов.

     Весьма  существенна разница в концентрации солей у гидробионта и в  окружающей водной среде, приводящая к  осмотическим явлениям на границе «организм — вода». В зависимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде, жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонична (повышающая или понижающая давление в теле рыбы), и то и другое ведет к гибели животного. Это главная причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские — в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.

     Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней. Продуценты представлены автотрофами: фото и хемосинтезирующими микроорганизмами и водными растениями. Консументы — полным набором от растительноядных и хищников различных порядков до паразитов, и т. д. И, наконец, редуценты (сапротрофы) отличаются значительным разнообразием, которое связано с природой субстрата.

     Водные  организмы с экологических позиций  можно классифицировать и по местообитанию  в водоеме. Бентос — организмы, прикрепленные  к дну, живущие в илистых осадках и просто покоящиеся на дне. Перифитон — животные и растения, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема. Планктон — организмы плавающие, зоопланктон даже активно может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с помощью течения. Нектон — свободно перемещающиеся в воде организмы — рыбы, амфибии и т. д.

     Особое  значение имеет распределение организмов по трем зонам водоема. Литоральная  зона — толща воды, где солнечный  свет доходит до дна. Лимническая зона — толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лимнической зонах. Профундалъная зона — дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет.

     В проточных водоемах последние три  зоны не выражены, хотя их элементы встречаются. Перекаты — мелководные участки  с быстрым течением; дно без  ила, преимущественно прикрепленные  формы перифитона и бентоса. Плесы  — участки глубоководные, течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные.

     Приведенные выше классификации имеют важное значение в определении экологического положения того или иного организма  в сообществах. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

4. Характеристика  пресноводных экосистем

     Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые растения и плавающие зеленые растения — водоросли, некоторые высшие (рдесты) (Рис.1). Растения, укрепленные в дне, образуют три концентрические зоны:

      1) зона надводной вегетации — фотосинтезирующая часть растений (камыши, рогозы и др.) находится над водой, абиогенные элементы извлекаются из донных осадков;

     2) зона укрепленных в дне растений  с плавающими по воде листьями (кувшинки) — у них та же  роль, что и у растений первой зоны, но они могут затенять нижние толщи воды;

     3) зона подводной вегетации —  укорененные и прикрепленные  растения, полностью находящиеся  под водой и осуществляющие  фотосинтез и минеральный обмен  в водной среде (рдесты и  прикреплённые водоросли — харовые).

     Животные, консументы более разнообразны в  литорали, чем в других зонах водоема. Перифитон представлен моллюсками, коловратками, мшанками, личинками  насекомых и др. Многие животные нектона дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.).

     В сообществах лимнической зоны продуцентом  является фитопланктон. В водоемах умеренного пояса плотность его популяции заметно изменяется по сезонам. Весной «цветение» связано с массовым развитием приспособленных к прохладной воде диатомитовых водорослей, летом — зеленых, осенью — азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками, все другие — хищники. Нектон лимнической зоны — это только рыбы.

     Сообщества  профундальной зоны существуют без  света. Фауна и флора здесь  — в зоне поверхностного раздела  вода—ил, где накапливается органический материал, — представлена бактериями и грибами (редуценты), а также бен-тосными формами — личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями (консументами).

     Количество  красных кольчатых червей возрастает с ростом загрязнения водоема сточными водами, т.е. по этому показателю можно судить о степени загрязнения водоема.

     Действие  на сообщества стоячих водоемов таких  лимитирующих факторов, как содержание кислорода, температуры и освещенности, зависит от специфических особенностей этих водоемов — озер, прудов и искусственных водохранилищ. 
 

                                                                                                    Таблица 1

      Пресные воды гидросферы

     Озера — естественные пресноводные водоемы, образовались геологически сравнительно недавно за последние несколько десятков тысяч лет, и лишь возраст некоторых из них исчисляется миллионами лет, например Байкала. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее «перемешивании» и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по температурному режиму.

     В озерах умеренного пояса в летнее время можно выделить в вертикальном разрезе три зоны: эпилимнион —  до глубины, где происходит конвекция (циркуляция) воды; термоклина — это промежуточная зона, где вода не смешивается с водой верхней зоны; гиполимнион — область холодной воды, где нет циркуляции.

     Термоклина  обычно расположена ниже границы  проникновения света, и запасы кислорода, в отрезанном от его источников гиполимнионе, истощаются. Наступает летний период стагнации. Осенью, вследствие выравнивания температур, происходит общее перемешивание воды и обогащение гиполимниона кислородом. Зимой, когда температура воды подо льдом становится ниже 4°С, что снижает ее плотность и снова приводит к стратификации озера и к зимней стагнации. Весной, после таяния льда, температура воды достигает 4°С, она тяжелеет и снова происходит весеннее перемешивание. Это классическая схема для водоемов Евразии и Северной Америки. В полярных областях и субтропиках общее перемешивание воды в водоемах бывает только один раз в году: в первом случае —- летом, во втором — зимой. В водоемах тропиков перемешивание воды идет постоянно, но медленно, а общее ее перемешивание происходит редко и нерегулярно.

     Цветение  фитопланктона обычно приурочено к  перемешиванию, когда вфотической (освещенной) зоне появляются воды, обогащенные  природными биогенными компонентами. С точки зрения продуктивности озера  подразделяются на две группы:

      1) олиготрофные (малокормные);

      2) эвтрофные (кормные).

       Продуктивность лентических экосистем  зависит также от поступающих  веществ с окружающей суши  и от глубины озера (наиболее  продуктивны мелкие озера).

     Пруды обладают хорошо развитой литоралью, и стратификация практически отсутствует; образуются они в различных понижениях, часто временно пересыхают летом или в засушливые годы. Фауна прудов способна переживать сухие периоды в покоящемся состоянии или перебираться в другие водоемы (земноводные). Естественные пруды высокопродуктивны. В искусственных прудах, в основном, человек сам подкармливает рыб.

     На  биологические процессы в озерах и прудах большое влияние оказывают  физические свойства воды. Вода имеет  наибольшую плотность при 4°С. С увеличением  глубины меняется температура воды; может наблюдаться более или менее устойчивая слоистость (стратификация) в зависимости от времени года (Рис.2).