Охрана водных экосистем. 2

Охрана  водных экосистем 

План:

Введение.

I. Гидросфера как  среда жизнедеятельности. 

II. Население. 

Физико-химические свойства воды.

Экологические основы жизнедеятельности.

Водные биоресурсы и их рациональное использование.

Загрязнение водоемов.

Вывод.

Список  литературы:  

Введение.

Проблемы чистой воды и охраны водных экосистем становятся все более острыми по мере исторического  развития общества, стремительно увеличивается  влияние на природу, вызываемого  научно- техническим прогрессом.

Уже сейчас во многих районах земного шара наблюдаются большие трудности в обеспечении водоснабжения и водопользования в следствие качественного и количественного истощения водных ресурсов, что связано с загрязнением и нерациональным использованием воды.

Загрязнение воды преимущественно происходит вследствие сброса в нее промышленных, бытовых и сельскохозяйственных отходов. В некоторых водоемах загрязнение настолько велико, что произошла их полная деградация как источников водоснабжения.

Небольшое количество загрязнений не может вызвать значительное ухудшение состояния водоема, так как он имеет способность биологического очищения, но проблема состоит в том, что как правило количество загрязняющих веществ, сбрасываемых в воду, очень велико и водоем не может справиться с их обезвреживанием.

Водоснабжение и водопользование часто осложняется  биологческими помехами: зарастание каналов снижает их пропускную способность, цветение водорослей ухудшает качество воды, ее санитарное состояние, обрастание создает помехи в навигации и функционировании гидротехнических сооружений. Поэтому разработка мер с биологическими помехами приобретает большое практическое значение и становится одной из важнейших проблем гидробиологии.

Из-за нарушения  экологического равновесия в водоемах создается серьезная угроза значительного ухудшения экологической обстановки в целом. Поэтому перед человечеством стоит огромная задача охраны гидросферы и сохранения биологического равновесия в биосфере.  

I. Гидросфера как  среда жизнедеятельности. 

Гидросфера вместе с ее населением играет большую роль в жизни человека, которая с прогрессом цивилизации непрерывно возрастает. Водоемы все интенсивнее используют для питьевого и технического водоснабжения как рыбохозяйственные угодья и зоны рекреации, для для целей энергетики и навигации и во многих других отношениях. Поэтому по мере освоения гидросферы все большее значение приобретает ее биологическое изучение в интересах оптимизации природопользования и охраны среды. Этими вопросами занимается гидробиология.  

II. Население. 

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 зомассы 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. [1.]

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.

Континентальные водоемы могут быть искусственными и естественными. В подавляющем  большинстве континентальные водоемы  пресные, что и определяет видовой  состав их населения. Население рек  характеризуется значительным видовым  разнообразием. Из отдельных экологических групп значительного обилия в реках достигают планктон, бентос и нектон. Численность бактерий в речной воде значительно меняется по сезонам, обнаруживая максимум в период паводка. Заметно повышается численность бактерий в реках ниже очагов загрязнения органическими веществами. Количество планктона в реках на протяжении года значительно меняется, падая до минимума зимой и во время половодья вследствие разбавления талыми водами, почти не содержащими каких-либо организмов. От весны к лету благодаря размножению количество планктона значительно увеличивается. Бентос преимущественно представляется животными; донные растения обильны только в реках с прозрачной водой. Образованию прибрежной растительности мешает размыв берегов и половодья.

На видовой  состав озер оказывают влияние: географическое положение, происхождение и особенности  гидрологического режима. Нектон и  планктон в озерах представлены богаче, чем в других континентальных  водоемах. На поверхности пленки: клопы-водомерки, мухи, на нижней поверхности -жуки и клопы, личинки комаров и т.п. Нектон представлен почти исключительно рыбами. В больших озерах (Байкал, Ладожское) обитют несколько видов тюленей. Северные и высокогорные озера богаты ласосевыми рыбами.

Население болот  отличается бедностью как по видовому составу, так и в количественном отношении. Отрицательное значение в этом отношении имеет малая концентрация кислорода и повышенная кислотность. Растительность болот представлена в основном зелеными мхами, осоками, хвощами, вейниками, тростниками и т.п.  

Физико-химические свойства воды.

Из огромного  количества физико-химических факторов, влияющих на население гидросферы, сравнительно немногие имеют ведущее  экологическое значение. К таким  факторам прежде всего относятся  физико-химические свойства воды и грунта, растворенные и взвешенные в воде вещества, температура и свет, а в последнее время загрязнение водоемов, вызванное деятельностью человека.

Вода как физико-химическое тело оказывает непрерывное воздействие  на жизнь гидробиоитов. Она не только удовлетворяет физиологические потребности организмов, но и служит им опорой, доставляет кислород и пищу и уносит метаболиты, переносит половые продукты и самих гидробиоитов. Благодаря подвижности воды в гидросфере возможно существование прикрепленных животных, которых, как известно, нет на суше. Поэтому свойства воды -важнейший фактор абиотической среды водного населения.

На первый взгляд, изменение плотности воды с повышением температуры не так существенно. Однако следует учесть, что плотность гидробиоитов отличается от единицы лишь во втором-третьем знаке после запятой. Поэтому температурные колебания означают очень многое в смысле изменения условийплавания (различная опорность среды).

По сравнению  с другими жидкостями вода имеет  сравнительно небольшую вязкость, что обуславливает ее подвижность и облегчает плавание гидробиоитов. С повышением водной температуры вязкость заметно снижается. С увеличением солености вязкость воды несколько возрастает. Изменение вязкости особенно сильно влияет на передвижение мелких организмов. С одной стороны, они обладают сравнительно маломощной локомоторной системой, в то время как относительная поверхность, пропорционально которой действуют силы трения, очень велика. С другой стороны, вязкость тормозит движение тем больше, чем ближе находятся смещаемые относительно друг друга слои воды. Для мелких организмов они располагаются на очень небольших расстояниях и поэтому преодоление сил трения сопряжено со значительными затратами энергии.

Вода обладает сравнительно высоким коэффициентом поверхностного натяжения, который в зависимости от температуры и солености лежит в пределах 0,771-0,765 Н/м2. Поверхностная пленка предоставляет организмам своеобразную опору, для использования которой вырабатываются специфические адаптации, в частности смачиваемость или несмачиваемость телесного покрова. Организмы с несмачивающимися покровами, находясь на поверхности воды, поддерживаются ею, и, будучи тяжелее воды, не тонут. Гидробиоиты более легкие, чем вода удерживаются в ней, упираясь в находящуюся над ними пленку.

По сравнению  с почвой и воздухом вода отличается гораздо большей термостабильностью, что благоприятно для существования  жизни. Когда вода начинает нагреваться, возрастает испарение, вседствие чего повышение температуры замедляется. При охлаждении воды ниже 0'С и образовании льда, выделяющееся тепло тормозит дальнейшее понижение температуры.

По сравнению  с воздухом вода гораздо менее  прозрачна, и падающий в нее свет довольно быстро поглощается и рассеивается.

Цвет воды, ее прозрачность зависят от избирательности поглощения и рассеивания различных лучей. От цвета воды следует отличать цвет поверхности, который в отличие от первого зависит от погодных условий и угла зрения.

Из отдельных  физико-химических свойств грунтов наибольшее экологическое значение для водного населения имеют размеры частиц, плотность их прилегания друг к другу и стабисьность взаиморасположения, степень смыва течениями и темп аккамуляции за счет оседания взвешенного материала. Физические свойства грунтов прежде всего характеризуются их механическим и гранулометрическим составом, под которым понимают размер зерен, образующих данные складки.

С переходом  от каменистых грунтов к песчаным и глинистым численность водных животных обычно увеличивается, а их средняя масса снижается в результате мельчания представителей гидрофауны (уменьшение опорности грунта).

Условиями движения внутри грунта с различными гранулометрическим составом объясняется разница в  размерах организмов, обитающих в  песке морских пляжей. Крайне неблагоприятна для существования данного населения недостаточная стабильность грунтов: оседание частиц, снос поверхностных слоев токами воды и перемещение частей относительно друг друга. В первом случае обитатели грунта засыпаются слоем наносов, во втором -вымываются и уносятся течением, в третьем -перетираются и не могут укорениться.

Многие донные животные питаются, пропуская через  себя грунт, и поэтому важное значение приобретает нахождение в нем  органического вещества, которое  образуется в результате попадания в грунт остатков организмов на тех или иных стадиях разложения.

Данные отложения  тесно взаимодействуют с водой. Из грунта в воду непрерывно поступают  различные соли, газы, твердые компоненты, навстречу этому потоку идет другой, несущий в донные отложения различные минеральные и органические вещества из толщи воды. Процессы взаимодействия между ложем водоема и его водной массой имеют большое значение для жизни гидробиоитов.

Природная вода существует и не в виде химического  соединения, состоящего из водорода и кислорода, а представляет собой сложное тело, в состав которого помимо молекул воды входят самые различные вещества. Все они играют ту или иную роль в жизни водного населения. Наибольшее экологическое значение имеют для него степень насыщения воды различными газами, концентрация ионов минеральных солей, водородных ионов и органических веществ, состав и концентрация взвешенных веществ.

Из отдельных  газов наибольшее значение для водного  населения имеют кислород, углекислый газ, сероводород и метан.

Для водного  населения кислород представляет собой  решающий фактор. На суше количество кислорода  велико, кроме того, в силу подвижности  атмосферного воздуха, некоторой отдельный, могущий возникать дефицит быстро ликвидируется за счет диффузии и воздушных течений. В воде также происходит выравнивание концентрации кислорода, но процесс диффузии протекает в 320 раз медленнее, чем на суше. По отношению к кислороду организмы делятся на эври- и стеноксидные формы, способные соответственно жить в пределах широких и узких колебаний концентрации кислорода. В случае, когда адаптация гидробиоита к данной кислородосодержащей среде оказывается недостаточной, он погибает. Если подобное явление приобретает массовый характер, то это называется замором.

Обогащение воды углекислым газом происходит в результате дыхания водных организмов. Снижение концентрации углекислого газа происходит преимущественно при потреблении последнего фотосинтезирующими организмами. Высокие концентрации углекислого газа смертельно опасны для животных и поэтому многие родники лишены жизни. Только некоторые двусторонние моллюски и рачки могут сравнительно долго выносить высокие концентрации СО2, нейтрализуя его путем растворения извести раковин в своей телесной жидкости. Для растений высокие концентрации СО2 безвредны.

Сероводород в  водоеме образуется почти исключительно  биологическим путем, за счет деятельности различных бактерий. Для водного  населения он вреден как косвенно, так и непосредственно. Для многих гидробиоитов он смертелен даже в самых малых концентрациях. Образование больших количеств Н2S может вызвать заморы. Помимо серных бактерий Н2S окисляют фотосинтезирующие пурпурные и некоторые виды зеленых бактерий, использующие сероводород в качестве донора водорода и спасающие тем самым население водоема.

Ионы минеральных  солей играют в жизни гидробиоитов самую различную роль: одни из них  используются растениями для построения тела и получившие название биогенов. На других они оказывают физиологическое  влияние, вызывая резкие сдвиги в процессах обмена веществ. Виды, выносящие большие колебания солености, называются эвриолинными, в отличие от стенолинных, не выдерживающих такие перепады. Большое экологическое значение для гидробиологов имеет не только суммарное количество ионов, но также и их состав, соотношение. Существенное значение имеет тот факт, что с увеличением солености понижается точка замерзания воды.

Взвешенные в  воде вещества с известной степенью условности могут быть подразделены на возмущенный грунт , содержащий небольшее количество органического вещества, и детрит, в котором его сравнительно много. Присутствие в воде большого количества взвешенных частиц оказывает на водное население самое разнообразное влияние. Снижение прозрачности воды в результате возмущения грунта с одной стороны уменьшает освещение донных растений, а с другой -сопровождается увеличением концентрации биогенов. Неблагоприятное воздействие оказывает минеральная взвесь на животных, отфильтровывающих свой корм в толще воды, и засыпая организмы, обитающие на грунте.

Температура, свет, звук и другие колебания воздействуют на водное население или непосредственно  или играют роль условных сигналов. К первому случаю относится, например, влияние температуры на протекание многих биологических процессов, значение света для фотосинтеза и т.п.

Термический режим  отдельных водоемов определяется их географическим положением, глубиной, особенностью циркулирования водных масс и многими другими факторами. Поступление тепла в водоем зависит  главным образом от проникновения солнечной радиацией и и контакта с менее нагретой атмосферой. Известную роль играет тепло выпадающих осадков. В последние годы тепловой режим многих водоемов претерпевает существенные изменения под влиянием поступления в них подогретых вод из охлаждающих контуров тепловых и атомных станций. Температурный водный баланс безусловно зависит от времени года.

У многих гидробиоитов, периодически подвергающихся действию отрицательных температур вырабатываются адаптации, предупреждающие замерзание соков тела. В основном они сводятся к снижению точки замерзания соков и повышению их способности к переохлаждению. Благодаря этим адаптациям некоторые организмы переносят понижение температуры до -10'С, например, мидии. Чем чаще и сильнее периодические изменения температуры в естественных местах обитания гидробиоитов, тем выше их устойчивость к холодовым и тепловым повреждениям.

Большое экологическое  значение температура имеет как  фактор влияющий на скорость протекания процессов, в частности дыхания, роста и развития. Повышение температуры обычно сопровождается ускорением всех процессов.

Во всех случаях  оптимальные для роста амплитуды  и скорости изменения температуры  оказались сходными с теми перепадами, какие рыбы испытывают в природных  местах обитания. По-видимому, для организмов неблагоприятно стационарное состояние фактора, если в естественных условиях оно динамично. Организмы, исторически адаптированные к экологическому разнообразию, не только ризестентны к нему, но и нуждаются в нем; экологическое однообразие в своем предельном выражении, создаваемом в искусственных условиях, не соответствует физическим потребностям организмов, уменьшает их жизнедеятельность.

Особенно большое  экологическое значение свет имеет  для фотосинтезирующих растений. Из-за его недостатка они отсутствуют на многокилометровой глубине океанических вод. Реже растения страдают от избытка света и отсутствуют в поверхностном слое воды, если его освещенность становится черезмерной.

Большинству животных свет нужен для распознания среды  и ориентации движений. Под контролем светового фактора происходят грандиозные миграции, когда каждые сутки миллиарды тонн живых организмов перемещаются на сотни метров с поверхности в глубину и обратно. В очень большой степени от света зависит окраска гидробиоитов, которая у ряда животных может даже меняться, обеспечивая маскировку.

Ориентируясь  на свет, гидробиоиты находят для  себя наиболее выгодное положение в  пространстве. Особенно большое значение свет имеет для организмов, совершающих  суточные миграции. В большинстве случаев начало подъема и спуска определяется временем наступления той или иной освещенности.

Восприятие звука  у водных животных развито относительно лучше, чем у наземных. Звук быстрее и дольше распространяется в воде, чем на суше. Известное значение в жизни гидробиоита имеют шумовые нагрузки, связанные с деятельностью человека -работой лодочных и корабельных моторов, турбин, подводным бурением и т.д. У гидробиоитов одновременно снижается скорость дыхания, темп роста и доля яйценосных самок; привыкание к шуму не наблюдается даже после месячного содержания рыб в таких условиях.

Очевидно,весьма значительную, но еще малоизученную  роль играют в жизни гидробиоитов электрические и магнитные поля. Благодаря высокой чувствительности электрорецепторов, многие гидробиоиты способны воспринимать богатейшую информацию, в частности различают особей своего вида и врагов, скорость и направление течений, температуру, солевые и газовые ингредиенты, а также устанавливают симптомы, предшествующие аномальным природным явлениям.  

Экологические основы жизнедеятельности.  

В биосферном аспекте  питание -один из основных процессов, благодаря  которому осуществляется круговорот веществ в природе. В более узком плане питание выступает как процесс включения того или иного органического вещества вкакие-либо конкретные организмы, желательные или нежелательные для человека. Управление этим процессом в целях усиления воспроизводства нужного биологического сырья, формирования высокого качества воды и охраны чистоты водоемов в условиях их комплексного использования -одна из актуальнейших проблем.

Пищевые адаптации  водных организмов с одной стороны  направлены на добывание корма нужного количества, т.е. обуславливают выборность или элективность питания; а с другой стороны обеспечивают определенный уровень интенсивности питания, т.е. добывание корма в нужных количествах и достаточно высокую степень его переваривания.

Покровы гидробиоитов полупроницаемы. Находясь в воде они  должны противостоять физико-химическим силам выравнивания осмотических и  солевых градиентов, а временно оказываясь в воздушной среде избежать потери влаги. Для противостояния силам  выравнивания водные организмы вырабатывают ряд адаптаций, Направленных, с одной стороны, на активное поддержание нужных градиентов, а с другой- уменьшение до минимума физико-химических эффектов, в частности за счет снижения проницаемости покровов. Последний путь, энергетически более экономный, используется в ограниченных пределах, поскольку растущая изоляция от среды осложняет процессы обмена веществ с нею.

Процессы регуляции  водно-солевого обмена обеспечиваются работой выделительной системы, рядом морфологических и поведенческих адаптаций. Приспособление к снижению влагоотдачи и некоторые другие предохраняют гидробиоитов от гибели вне воды, например в приливно-отливной зоне, в пересыхающих водоемах, при периодических выходах на сушу. Ряд адаптаций обеспечивает защиту водных организмов от осмотического обезвоживания и обводнения, создающих угрозу механического повреждения клеток. В соответствии с этим решается задача регулирования и концентрации соотношения отдельных ионов в клетках тела. Совершенством адаптаций, обеспечивающих стабилизацию водного и солевого обмена, определяется их способность существовать в водах различной солености и выживать в осматически неустойчивой среде.

Помимо расширительного  понимания дыхания как всякого  высвобождающего энергию биологического окисления, есть и более узкое, распространяющееся только на процессы, связанные с поглощением кислорода. Аэробное дыхание в воде сложнее, чем на суше. У наземных животных влага на дыхательных поверхностях нормальное и несколько меньшее количество растворееного кислорода. Если вода, омывающая дыхательные структуры гидробиоитов, насыщена кислородом, то условия их дыхания не хуже, а даже лучше, чем у наземных форм. Однако, гораздо чаще содержание кислорода в воде немного ниже нормального и в таких случаях распираторная обстановка для гидробиоитов крайне неблагоприятна. При этом следует учесть, что концентрация кислорода снижается в результате жизнедеятельности самих гидробиоитов, и не всегда достаточно быстро восстанавливается за счет тех или иных внутриводоемных процессов. Сложность распираторных условий в воде обусловила выработку у гидробиоитов ряда морфологических, физиологических и биохимических реакций организма, обеспечивающих нужный уровень интенсивности дыхания в более или менее широком интервале концентраций растворенного кислорода. Регулируя интенсивность газообмена, гидробиоиты маневренно оптимизируют свою энергетику, экономичность процессов реализации программы роста и развития. В условиях крайнего дефицита кислорода гидробиоиты предельно снижают свою активность и некоторое время выживают благодаря использования минимума энергии. Небольшое число гидробиоитов постоянно существуют в отсутствие растворенного кислорода, извлекая его из химических соединений и добывая энергию другими способами.

Росту организмов сопутствует их развитие -поступательное изменение всей организации тела, направленное на достижение оптимального репродуктивного состояния, обеспечение необходимой эффективности размножения. В ходе онтогенеза, перестраиваясь структурно и функционально, организмы достигают репродуктивной зрелости. Чем больше образуется потомков и выше их выживаемость, тем успешнее реализуется жизненная стратегия вида -максимизация в биосфере, свойственной ему формы трансформации веществ и энергии, универсализация своего образа жизни, предельное усиление своей биогеохимической функции на Земле. Поскольку такая тенденция свойственна всем видам, это усиливает их конкуренцию на материальные и энергетические ресурсы биосферы, расширяет ресурсную базу жизни, интенсифицирует в эволюционном аспекте биологический круговорот веществ и поток энергии в биосфере.  

Водные  биоресурсы и их рациональное использование.

В результате роста  и размножения гидробиоитов в  водемах происходит непрерывное  образование биомассы. Это экосистемное явление называют биологической продуктивностью, сам процесс образования биомассы -биологическим продуцированием, а новообразованную биомассу -биологической продукцией. Биологическая продукция -только часть биоорганической продукции -всего органического вещества, содаваемого организмами в процессе своей жизнедеятельности. Биопродуктивность экосистем реализуется в форме образования организмов, полезных, безразличных или вредных для человека. В связи с этим исходя из текущих запросов практики можно говорить о биохозяйственной продукции -биомассе организмов, имеющих в настоящее время промысловое значение. Вне зависимости от интересов практики различают продукцию первичную и вторичную. Первая представляет собой результат биосинтеза органического вещества из неорганического в процессе жизнедеятельности гидробиантов-автотрофов. Вторичная продукция образуется в процессе трансформации уже имеющегося органического вещества организмами-гетеротрофами.

Биопродуктивность гидросистем можно рассматривать  в двух планах: природном (биосферном) и социально экономическом. В первом случае результаты продуцирования безотносительно к интересам человека, как одну из особенностей круговорота веществ в экосистеме, как одну из функций экосистем -блоков биосферы. С социально-экономической точки зрения биопродуктивность характеризуется величиной вылова гидробиантов, используемых человеком. В этом случае продуктивность определяется как свойствами самих эксплуатируемых экосистем, так и формой их хозяйственного освоения.

Организмы, используемые в качестве объектов промысла, образуют биологические ресурсы водоемов. В историческом процессе становления природы для человека все большее число гидробиантов вовлекается в сферу общественного производства и становится биоресурсами людей. Гидробианты в воспроизводство которых вкладывается труд -это уже не биоресурсы, а возделываемое сырье.

Из огромного  числа гидробиоитов только очень  немногие представители флоры и  фауны используются человеком в  качестве биологического сырья. Этим в  значительной мере объясняется тот факт, что водные растения и животные составляют 3% в пище людей, хотя первичная продукция гидросферы только в 3 раза меньше первичной продукции суши. Поэтому перспективная оценка биологических ресурсов гидросферы должна исходить нетолько из учета возможного вылова объектов, добываемых в настоящее время.