Гидроэкология

Гидробиология изучает взаимодействие обитателей вод - гидробионтов, их популяций и сообществ друг с другом и с неживой природой.

К основным методам гидроэкологииотносятся: учет количества либо концентрации различных групп гидробионтов в пределах своего местообитания; оценка функциональной роли этих групп в экосистемах; моделирование экосистем с целью прогноза их состояния и управления ими.

Задачи - изучение экологических процессов в гидросфере в интересах ее освоения, нахождения тех форм отношения людей к водным экосистемам, при которых польза от экосистем была бы наибольшей, а вред – наименьшим; повышение биологической продуктивности водоемов, получением из них наибольшего количества биологического сырья.

В Беларуси начало гидробиологических исследований было положено во второй половине XIX столетия работами К.В. Савинского, в которых подробно охарактеризованы планктонные ракообразные реки Припять и некоторых других водоемов.

В 1946 г. была создана Нарочанская биологическая станция, сыгравшая важную роль в дальнейшем развитии гидробиологических исследований. С первых лет ее существования сотрудниками ряда кафедр и Института биологии были организованы исследования многочисленных озер Северо-запада Белоруссии, ранее совершенно неизученных и начаты многолетние наблюдения на озерах Нарочь, Мястро и Баторино. 

Летом водная поверхность доступна ветрам. Действие ветровой волны в глубину ограничено. Поэтому летом выделяется определенный слой – эпилимнион (достаточно однородный, в нем хорошо прослеживаются сезонные колебания температуры).

Термоклин- это слой, в пределах которого происходит максимальное падение температуры. Далее идет глубинный слой, который называется гиполимнионом (не проникает ветровое перемешивание).

Прямая стратификация - более нагретые слои лежат ближе к поверхности, и обратная - температура поверхностных слоев воды ниже, чем глубинных.

Выделяют 5 температурных зон или климатических областей:

• тропическую;

• бореальную (лежащую к северу от тропиков);

• нотальную (лежащую к югу от тропиков);

• арктическую;

• антарктическую.

Температура воды в тропической области не опускается ниже 20°С. Сезонные колебания температуры в поверхностных слоях здесь редко превышают 3 - 4 °С. 

Для бореальной и нотальной областей характерны сезонные колебания температуры в пределах от 5 до 25°С.

В арктической и антарктической областях круглый год температура близка к нулю, ее сезонные колебания не превышают 2 - 3°С.

Первичноводные организмы – организмы, эволюция которых на протяжении всех геологических периодов происходила в водной среде (простейшие, губки, кишечнополостные, черви, ракообразные, большинство моллюсков, иглокожие и др.). Для первичноводных организмов характерно водное дыхание. Дыхание у этих организмов осуществляется или всей поверхностью тела или с помощью специальных органов - жабр.

Вторичноводными называются организмы, предки которых были обитателями суши, затем эти организмы перешли в водную среду и приспособились к ней (насекомые, паукообразные, легочные моллюски, водные млекопитающие). Вторичноводные организмы никогда не имеют истинных жабр, а дышат в воде либо благодаря легочному дыханию (дельфины, жабы), либо важную роль играет кожное дыхание. У насекомых особым способом легочного дыхания является трахейная система.

 

Углекислый газ в воде растворяется лучше, чем кислород. Те условия, которые ведут к накоплению кислорода, ведут к исчезновению углекислого газа и наоборот. Углекислый газ накапливается не только в процессе дыхания, но и во время брожения. Углекислый газ продолжает накапливаться в водоеме и в анаэробных условиях за счет разложения органических веществ. Поступает в воду углекислый газ из атмосферы (инвазия) и в результате перехода в карбонаты.

В воде углекислота находится в разных формах: свободнаяуглекислота, бикарбонаты, растворенные карбонаты.

Вода - прекрасный растворитель, поэтому в природе не встречаются водоемы, которые не содержали бы того или иного количества растворенных солей. Соленость воды выражается в промиллях (‰) или в процентах (%).Промилле - количество грамм соли, содержащееся в 1 л воды, Процент - количество грамм соли, содержащееся в 100 мл воды. Состав солей воды. Состав солей в пресной и морской воде различен, преобладают карбонаты, а в морской - хлориды.

Методы измерения солености. Наиболее распространенным способом является определения солености по количеству ионов хлора. Относительный состав морской воды постоянен и по содержанию хлора можно определить общую соленость. 

Все водные организмы по осмотической регуляции можно разделить на 2 группы:

Пойкилоосмотические животные - давление крови и соков их тела равно и следует за осмотическим давлением окружающей воды. К этой группе относятся все морские организмы.

Гомойосмотические организмы –гидробионты, у которых соленость внутренней среды постоянна и не зависит от солености окружающей воды. Сюда относятся пресноводные организмы и обитатели ультрагалинных водоемов.

Грунта океана подразделяются на: терригенные и пелагические. Терригенные представлены различными материалами, приносимыми с суши. Пелагические осадки образованы за счет трупов обитателей пелагиали и отчасти за счет тонких неорганических частиц. 

Среди них особенно широко распространен глобигериновый ил, в основном образующийся из опускающихся на дно известковых скелетов корненожек. Часто океанские грунты образуются диатомовыми водорослями и радиоляриями. 

В пелагических грунтах на глубинах до 5400 м большое значение имеет углекислый кальций. С увеличение глубины, увеличивается растворимость извести и роль углекислого кальция в осадках снижается, а начиная с 5400 м, осадки почти полностью состоят из кремнезема.

Всего в Мировом океане обитает 150 тыс. видов животных. Суммарная биомасса зоопланктонав Мировом океане 21,5 млрд. тонн. Биомасса бентосаоколо 10 млрд. тонн. Нектонвключает в себя рыб, млекопитающих, головоногих, моллюсков, высших раков. В фитопланктонепреобладают диатомовые, пиридиниевые, встречаются зеленые, бурые, красные и синезеленые. 

ЖИЗНЬ ГЛУБИН. Фитопланктон, в основном, приурочен к поверхностному слою воды до нижней границы основного пикноклина. Начиная с 3-4 км видовой состав зоопланктона заметно обедняется, почти полностью исчезают плотоядные животные. С глубиной очень быстро снижается и видовое богатство нектона, в частности рыб, хотя они иногда проникают на глубину до 7-8 км. В супралиторали фитобентос беден, представлен лишайниками и мелкими водорослями, в основном сезонными формами. В верхней литорали фитобентос богаче, в нем доминируют водоросли, способные выдерживать длительноеобсыхание.

Бентос - совокупность организмов, обитающих на грунте и в грунте морских и пресных водоемов.

Перифитон (обрастания)-организмы, обитающие на плотных субстратах за пределами придонного слоя воды. Бентос и перифитон разделяют на животный (зообентос, зооперифитон) и растительный (фитобентос, фитоперифитон).

Фитобентос делится на:микрофитобентос - одноклеточные и колониальные водоросли; макрофитобентос - заросли многоклеточных водорослей и высших растений. 

В зависимости от характера грунта выделяют: пелофильный бентос (на илу),псаммофильный (на песке),литофильный (на камнях), аргиллофильный (на глине), фитофильный (на макрофитах).

Озера представляют собой различной величины и формы котловины, заполненные водой.

По характеру водного питания озера делят на:

1. Бессточные, которые в свою очередь делятся на: Глухие - не имеют поверхностных притоков и стока и питаются атмосферными осадками; Ключевые - получают воду ключей и атмосферных осадков.

2.Сточные - озера с тем же характером питания, что и предыдущая группа, но имеющие сток.

1.Эвтрофные озера. Это неглубокие (до 10 -15 м) равнинные озера с обильным поступлением биогенов. Летом в них в массовом количестве развивается фитопланктон, в котором обычно доминируют сине-зеленые водоросли. Обильно развиты тбактерио- и зоопланктон, зообентос и рыбы. Характерна низкая прозрачность воды и сильное заиление дна. Литораль в этих водоемах хорошо выражена и обычно сильно зарастает макрофитами. Водная масса бедна кислородом, а в начале летней и зимней стагнации вовсе лишается его. Водная толща эвтрофных озер прогревается до дна.

Реки представляют собой водоемы, водная масса которых перемещается от истока к устью вследствие разницы их положения над уровнем моря, т.е. под влиянием силы тяжести. Углубление в суше, по которому течет водная масса, называется руслом. Объем воды в реках земного шара - 2.1 тыс.км3. Самая длинная река - Нил. Самая многоводная река - Амазонка. Самая длинная река СНГ - Обь с притоком Иртыш. 

В Беларуси около 21 тысячи рек, их суммарная длина немногим более 90 тыс.км. Часть суши, занятая речной системой и отделенная водоразделами от других участков, образует речной бассейн, а поверхность, с которой она собирает воды -водосборную площадь.

Болото - избыточно увлажненный участок суши, частично или полностью покрытый растениями, имеющий слой торфа не менее 30 см в неосушенном и 20 см в осушенном состоянии. При меньшем слое торфа это не болота, а заболоченные земли. По характеру растительности и торфяной залежи болота делятся на 3 типа:низинные, переходные, верховые.

Низинные болота (звтрофные) расположены главным образом в поймах рек, реже на водоразделах в пониженных местах, где имеется питание грунтовыми водами, богатыми питательными элементами. Они представлены лесными болотами (ольшаниками, березняками), травяными (осоковыми, тростниковыми) либо моховыми (покрыты мхом). 

Пруды - водоемы, глубина которых настолько незначительна, что погруженная растительность распространяется по всей площади дна. В зависимости от происхождения пруды делятся на естественные и искусственные. Естественные пруды образуются либо путем заполнения водой впадины на поверхности земли, либо в результате постепенного обмеления и зарастания озера.

Искусственные пруды по своему происхождению делятся на: копанные - питаются атмосферными осадками и грунтовыми водами; плотинные - образуются в результате запружения речек и оврагов4наливные - наполняются искусственно через специальные каналы водой из рек, озер, водохранилищ или других водоемов. Главным образом пруды создаются для орошения и рыборазведения. 

Продукция есть выражение прироста биомассы за определенный промежуток времени. Величина этого прироста обусловлена взаимодействием ряда противоположно направленных процессов: увеличение биомассы за данный период времени происходит вследствие процессов размножения и роста организмов, уменьшение ее совершается за счет гибели от врагов, неблагоприятных условий, естественной смертности, биологических превращений, миграций, вылова человеком и т.д. 

Поступающая в водоем органика, если ее не слишком много, не накапливается в водоеме, а минерализуется в процессе дыхания. В значительной мере в метаболизм вовлекаются различные загрязняющие вещества, и в результате их биологического разрушения происходит детоксикация среды. Гидробионты-фильтраторы и седиментаторы осветляют воду, осаждая взвесь на дно, и способствуют захоронению вредных веществ в грунте. Выделение водорослями кислорода и поглощение углекислого газа являются важнейшими факторами улучшения газового режима водоемов. 

Акклиматизация - целенаправленная деятельность человека по обогащению исходной флоры и фауны новыми компонентами. В биологическом смысле под акклиматизацией понимают приспособление организмов к существованию за пределами своего ареала после вселения (интродукции) в новые местообитания. 

От интродукции до натурализации акклиматизируемого объекта выделяют фазы: инкубационная, адаптационная и флюктуационная.

Акклиматизация в целях получения большого количества ценного биологического сырья с водных угодий ведется путем вселения новых промысловых' объектов и кормовых для них организмов. Из промысловых организмов акклиматизируются рыбы, ракообразные, моллюски и водные млекопитающие. 

Аквакультура беспозвоночныхсводится к разведению морских моллюсков и ракообразных, причем для этого используют прибрежные пруды, отдельные участки моря, различные садки и бассейны.

Из моллюсков чаще всего разводят устриц, мидий, морских гребешков и головоногих. При наиболее интенсивных формах выращивания моллюсков-производителей содержат в бассейнах или проточных лотках и в нужное время, повышая температуру, вызывают размножение животных. Перед продажей устриц помещают в очистительные бассейны, где они, не питаясь, через несколько дней освобождаются от содержимого кишечников. Особенно высока продукция устриц в зонах спуска подогретых городских стоков.

Мидий выращивают тремя методами: на сваях, на дне и на канатах. Из ракообразных разводят главным образом солоноватоводныхкреветок и пресноводных гигантских креветок.

В правилах охраны вод от загрязнения в основном предусматриваются медицинские ПДК, т. е. запрет на концентрации, опасные для здоровья человека при использовании воды для питья и в других целях. Нужны ПДК, охраняющие экосистемы, что требует организации широкого фронта работ в области водной токсикологии, изыскания научно обоснованного контроля над качеством вод, обеспечивающим существование биоценозов в требуемом для человека режиме. Интересы получения большего количества биологического сырья сопряжены с вмешательством в природу, но необходимо, чтобы эксплуатация гидробиосферы сопровождалась поддержанием ее в состоянии наибольшего соответствия потребностям людей с расчетом на самую отдаленную перспективу.