ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЗЕР И ОЗЕРНЫХ ЭКОСИСТЕМ

1. Некоторые физические процессы, формирующие структуру вод в озерах

Многие современные методы исследования и моделирования рассматривают озеро как простой "черный ящик" или "хорошо перемешиваемый реактор", где, в процессе исследования, ученые изучают зависимости между биохимическими процессами и физической стратификацией (слоистым строением) в них (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

Пресная вода - уникальное вещество. Наибольшую плотность она имеет при 4оС, что предохраняет от промерзания даже относительно неглубокие водоемы, так как более холодная вода и образующийся затем лед имеют меньшую плотность и "плавают" на поверхности. Такая связь плотности и температуры воды обусловлена особенностями ее молекулярного строения. В результате формируется термически стратифицированный водоем как летом, так и (возможно) зимой (обратная стратификация).

Стратификация озер имеет сезонный цикл. Весной и летом, с повышением температуры воздуха, происходит прогревание озер. При этом поверхностные слои получают больше тепла, чем глубинные. Так как в итоге данного процесса воды поверхностного слоя становятся менее плотными и менее стабильными, возникает стратификация толщи воды. Поскольку весной и летом указанный процесс развивается, глубина прогретого слоя увеличивается; этому способствует конвективное турбулентное перемешивание и молекулярная теплопроводность, ветровое перемешивание и увеличивающиеся температуры воздуха. Образованный таким образом слой называется эпилимнионом, глубина его редко превышает 25 м. В пределах эпилимниона ветровое и конвективное перемешивание распределяет тепло по всей глубине, создавая относительно изотермические условия. По этим причинам эпилимнион часто называют слоем перемешивания (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990) .

Ниже эпилимниона температура воды быстро снижается, потому что нижние слои получают значительно меньше солнечного тепла и не подвержены ветровому перемешиванию. Эта область резкого снижения температуры, расположенная над гиполимнионом, называется металимнионом (термоклин - приурочен к глубине, на которой отмечаются наибольшие изменения температуры).

Гиполимнион - включает самые холодные воды и является относительно изотермичным. В этой области температурные изменения в течение всего года минимальны, течения отсутствуют. Термоклин (его толщина обычно 2–5 м) является эффективным барьером для перемешивания вод между эпи– и гиполимнионом из–за резких градиентов температуры. В итоге, озеро в целом представляет собой динамически устойчивую систему.

Осенью, когда температура воздуха снижается, озеро начинает отдавать тепло в атмосферу. При выхолаживании плотность верхних слоев возрастает, и они перемещаются через эпилимнион до глубины равновесия. Неустойчивость такого типа является причиной возникновения течений, которые в конце концов разрушают термоклин и приводят к изотермическим условиям в озере. Следствием этого "переворота" является чрезмерное помутнение воды, вызванное взмучиванием донных отложений, а также увеличение доступности биогенных веществ в эвфотической зоне (в ней интенсивность фотосинтеза превосходит интенсивность дыхания растений); глубина данной зоны (толщина слоя) в разных типах водоемов имеет свои специфические параметры.

В некоторых мелких озерах эпилимнион может быть полностью замещен гиполимнионом (или наоборот), так что озеро становится относительно однородным в течение всего года - наблюдается гомотермия. В таких озерах продолжается непрерывное перемешивание, вызываемое конвекцией и турбулентностью, индуцируемой ветровым воздействием, способствует продолжительной замутненности воды (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

После того, как достигается однородный профиль температуры, озеро продолжает охлаждаться и конвективные течения достигают дна. Однородность, таким образом, устанавливается и поддерживается до тех пор, пока не будет достигнута температура максимальной плотности воды (отмеченное явление никогда не происходит в озерах, расположенных в теплых климатических зонах). Если температура вод поверхностного слоя ниже 4оС, то аномальные вариации плотности воды от температуры предопределяет, что эти более холодные воды станут менее плотными, приводя к увеличению стабильности, при которой температурный профиль показывает обратную стратификацию. Воды поверхностного слоя в конце концов замерзнут. Однако вследствие того, что этот более холодный слой расположен на поверхности, нижележащие слои будут иметь температуру около 4оС и не замерзнут. Таким образом озеро приобретает ледяной покров. Он образуется только тогда, когда вода озера, промерзающего до определенной глубины, потеряет достаточно тепла. Лед эффективно защищает водные массы от ветрового перемешивания.

Весной, когда количество тепла увеличивается, лед тает (если он был, конечно). Поскольку поверхность озера нагревается, вновь возникает неустойчивый профиль температуры, однако последующие весенние конвективные движения проникают на меньшую по сравнению с осенью глубину. Спустя некоторое время, в период, примерно соответствующий весеннему равноденствию, водные массы вновь становятся однородными по температуре. Этому моменту соответствует последний этап полного годового цикла стратификации (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).
Озера, где наблюдаются осенние и весенние конвективные перемешивания вод называются димиктичными. Озера, где отмечается только весеннее перемешивание вод и температура воды никогда не превышает 4оС, называют холодными мономиктичными (в теплых климатических зонах, где вода всегда превышает 4оС - озера являются теплыми мономиктичными).

Перемешивание вод в озерах является, таким образом, функцией (следствием) места их расположения. В тропической и экваториальной областях, где поступление солнечного тепла почти не изменяется в течение года, гиполимнион редко намного холоднее эпилимниона; поэтому даже небольшое выхолаживание вызывает конвективные движения воды из–за слабовыраженного термоклина. Такие озера называют полимиктичными (перемешивание вод здесь часто является результатом сильных ветров и небольших сезонных изменений температуры воздуха). Есть и другие типы озер (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990), которые не приводим и не рассматриваем.

2. Основные источники поступления биогенов в озера

Пресные озера (водохранилища) содержат 0,009% мировых запасов воды и 1,4% запасов пресной воды. В последние столетия, пресноводные озера и водохранилища деградируют и исчезают со все более увеличивающейся скоростью. Деятельность человека и его пассивность - главные причины быстрой деградации водоемов. Начиная с 1960–х годов взгляды человека на отношение к окружающей природной среде постепенно меняются. Сейчас уже признается всеми, что природные ресурсы истощаемы и их необходимо оберегать от чрезмерной эксплуатации.

Все озера по их состоянию воды, флоры и фауны подразделяются на несколько групп: олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и другие (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999). Но следует иметь ввиду, что эта классификация является одновременно и субъективной и относительной, поскольку категория "трофность" включает локальные требования и отражает различие озер в относительно небольших регионах (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

Главная проблема озер - эвтрофирование. Это повышение уровня первичной продукции за счет увеличения поступления биогенных веществ, главным образом азота и фосфора. Переход водоемов от олиготрофного состояния через мезотрофное в эвтрофное связан с накоплением в них донных отложений и уменьшением водной толщи, в которой при прежней скорости поступления биогенов увеличивается их концентрация. Различают естественное (длится тысячелетиями и, даже, геологическими периодами) и антропогенное эвтрофирование, которое может происходить очень быстро, особенно в водоемах с замедленным стоком.

По существу, эвтрофирование - это термин, означающий старение озера. "Молодое" озеро - олиготрофное, содержит небольшое количество биогенных веществ, которое способно поддерживать только низкий уровень биомассы. Природные процессы, такие, как ветровая эрозия или вымывание дождевыми водами, обеспечивают вынос биогенных веществ в водную среду, что поддерживает развитие растений и животных.

Поступление биогенных веществ в водоем всегда превышает их потери из него, что приводит к "чистому" накоплению этих веществ в водоеме. В нем начинается образование осадков, обычно со средней скоростью 0,2–2,0 мм/год и более. По мере развития осадконакопления глубина озера уменьшается и корневая (литоральная) растительность начинает вторгаться на ранее открытые участки водной поверхности. Озеро проходит через среднюю стадию - становится мезотрофным и в конце концов становится "старым" водоемом, который называют эвтрофным. В геологическом смысле подобное озеро вскоре исчезнет.
В проточных (реках, ручьях) и слабопроточных водоемах с замедленным стоком (озера, водохранилища, пруды, внутренние моря) скорость поступления биогенных веществ может превышать скорость их разложения в результате дополнительного антропогенного поступления, приводя к эвтрофированию и увеличению биомассы.

Большая часть биогенных веществ поступает в озеро с поверхностным и подземными стоками (реки, ручьи, ключи и т. д.), а остальная часть - непосредственно с осадками и выпадением различных частиц из атмосферы. Поэтому важно понять взаимодействие между водой и биогенными веществами на водосборных территориях. Доступность биогенных веществ в озерах и их потребление регулируется некоторыми гидрологическими процессами, а также биологическими факторами (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

В экосистеме, лимитированной по фосфору, снижение его концентрации приводит к ограничению роста растений и водорослей. В таких условиях процесс эвтрофикации замедляется и даже становится обратимым.

Системы, лимитированные по азоту, часто представляют собой более серьезную проблему в сравнении с водоемами, лимитируемыми по фосфору, поскольку источники этого биогенного элемента труднее контролировать.
Присутствие в воде озер кремния вызывает особый интерес, так как он необходим для развития диатомовых водорослей, популяция которых достигает, как правило, максимума весной. Когда количество кремния истощается, наступает быстрое снижение или "гибель" популяции диатомовых. Диоксид кремния существенен для построения панцырей диатомовых водорослей. Летом после отмирания диатомовых кремний медленно переходит обратно в воду, хотя определенная его часть захороняется в донных илах.

Окислительно–восстановительный цикл железа является важнейшим компонентом биохимии озер, так как он связан с окислительно–восстановительным потенциалом (редокс–потенциалом) и рН водной среды.
Марганец - это очень важный биогенный элемент, однако редкий, даже если он и является лимитирующим. Работы по изучению форм нахождения марганца идентифицируют два основных источника его поступления: с водами притоков в озера и выделением из донных отложений.

Донные отложения в водоемах формируются из двух основных источников: 1 - внос аллохтонного вещества (внешнего по отношению к озерной системе) обеспечивает поступление в водоем неорганических частиц и некоторых органических веществ (дождливая погода увеличивает перенос наносов и эрозию); 2 - "дождь" отмершего органического вещества из водных масс озера (это второй по значению вклад в донные отложения).

В озерах имеет место постоянный обмен биогенными веществами между донными отложениями и прилегающей к ним водой, который в своей основе является диффузным процессом. Этот процесс может быть усилен или дополнен другими факторами (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990): турбулентностью (физические нарушения и вымывание донных отложений), биотурбулентностью (вызывается биологическими силами - воздействием роющих организмов, червей, рыб, птиц и др.), биотическим удалением (рост растений из донных отложений), уплотнением (биогенные вещества выдавливаются через поры с водой), окислительно–восстановительным потенциалом (например, обогащенные железом отложения, имеют свойство адсорбировать фосфор в аэробных и выделять его в анаэробных условиях) и биологическим окислением (разложение органического вещества бактериями, которые трансформируют биогенные вещества в неорганическую биологически доступную форму).

3. Функционирование экосистемы озера, расположенного в умеренном поясе

Физическая среда, или биотоп вместе с населяющими его видами, составляющими биоценоз, образует экосистему (биогеоценоз). Водные системы (реки, озера, моря и т. д.) - представляют собой хорошие примеры экосистем, т. к. они имеют совершенно четкие границы и населены водными обитателями, не способными жить на соседней суше. Водные системы очень удобны для изучения и потому, что между ними и сушей, как правило, наблюдается слабый обмен (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Прежде, чем перейти к изложению материалов о нагульно–нерестовых водоемах тихоокеанских лососей, рассмотрим пример экосистемы - озера, расположенного в умеренном поясе (Дрё, 1976), к каковым относится большинство озер в рассматриваемых нами регионах.

В состав флоры озерных систем входят ряд водных растений, относящихся к разным группам цветковых, одни из которых растут на берегу, другие - в воде. Но основная часть растительной массы в озерах преставлена микроскопическими водорослями - диатомовыми (Bacilariophyta), синезелеными (Cyanophyta), зелеными (Chlorophyta), золотистыми (Chrysophyta), динофитовыми (Dinophyta) и др. Все эти растения благодаря энергии солнечного света, легко проникающего на определенную глубину (в разных озерах - она может различаться), поглощают минеральные соли и углекислый газ, растворенные в воде, и синтезируют из них собственное вещество, растут и размножаются.

Все растения: травы и крупные водоросли прибрежной зоны, а также микроскопические водоросли, парящие в толще воды - фитопланктон, и растущие на освещенных участках дна - микрофитобентос, в совокупности, называются первичными продуцентами. Ими производится подавляющая часть органического вещества в водоемах. Только растения, из всего содержащегося или обитающего в водных системах, создают органическое вещество за счет неорганического при участии солнечной энергии. В целом масса взвешенных в воде микроскопических водорослей приблизительно соответствует общей концентрации растворенных в воде солей, достигающей максимума весной и осенью (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Биогенные вещества - это компоненты, которые первичные продуценты утилизируют для жизнедеятельности и размножения. Рост водорослей основан на потреблении, по крайней мере, 19 биогенных элементов, хотя большая их часть требуется в следовых количествах.

В дополнение к трем основным жизненно важным компонентам (углерод, водород и кислород) первичным продуцентам требуются и другие биогенные вещества в сравнительно больших количествах. Среди них макроэлементы (натрий, кальций, фосфор, магний, кремний, азот, фосфор и сера).

Остальные элементы требуются в меньших количествах и называются микроэлементами (медь, железо, цинк, хлор, бор, молибден, кобальт, ванадий, марганец). Недостаток любого из этих элементов лимитирует развитие первичных продуцентов. В большей части водных систем такими лимитирующими биогенными элементами является - фосфор; либо, в меньшей степени, - азот (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Фитопланктоном питаются очень многие животные, чаще всего мелкие, неспособные к большим и быстрым передвижениям. Они, также как и организмы фитопланктона, не способны противостоять переносу течениями. В совокупности, мелкие животные в озерах - образуют зоопланктон. Это в основном веслоногие (Copepoda) и ветвистоусые (Cladocera) рачки, первичнополостные черви - коловратки (Rotatoria); сюда же входят мелкие личинки ряда видов насекомых, например комаров.

Следует заметить, что отдельные виды рыб также используют в питании фитопланктон. Животные, питающиеся фитопланктоном, - это первичные консументы т. к. они используют уже готовое органическое вещество, ограничиваясь его преобразованием; но создать заново органическое вещество они не способны.

Самые мелкие из первичных консументов (Copepoda, Cladocera и Rotatoria и др.), появляются в огромных количествах обычно тогда, когда много пищи; следовательно в своем развитии они вцело следуют за развитием фитопланктона. Напротив рыбы, питающиеся фитопланктоном, но обладающие значительной продолжительностью жизни, способны подолгу голодать или менять объекты питания.Зоопланктон, в свою очередь, служит пищей более крупным животным (личинки насекомых, многие виды рыб, некоторые виды птиц). Всех таких плотоядных животных, т. е. питающихся другими животными, называют вторичными консументами. Отсюда видно, что живые существа, относящиеся к различным систематическим группам, могут играть в экосистемах одинаковую роль - все они принадлежат к одному пищевому, или, как чаще говорят, трофическому уровню. Трофические уровни связаны между собой зависимостями, складывающихся из элементарных связей в виде цепочки - все они вместе образуют так называемую пищевую цепь, звенья которой зависят друг от друга: исчезновение фитопланктона приводит к исчезновению зоопланктона, а значит и вторичных консументов (рисунок).

Описанная выше пищевая цепь играет в озерах доминирующую роль. Но помимо нее, в озерах существует немало других пищевых цепей. Например, на прибрежных растениях, наполовину находящихся под водой, на их надводных частях живут насекомые–фитофаги, питающиеся листьями. За счет этих насекомых, в свою очередь, кормятся птицы. Подводные части растений обгладывают водные насекомые и их личинки (например, жуки–водолюбы), а также брюхоногие моллюски типа прудовиков и катушек.

Растительная пища далеко не полно переваривается первичными консументами. В экскрементах последних содержится еще много растительных органических веществ, особенно легко усвояемых благодаря тому, что они размельчены в пищеварительном канале. Ими питается большое число видов, среди которых в основном преобладают равноногие ракообразные (называемые в обиходе червями). Пройдя через их пищеварительный канал, остатки органической пищи становятся добычей бактерий, которые окончательно разлагают их до минеральных солей и углекислого газа, вновь используемых растениями. Отсюда видно, что в природе существуют также пищевые цепи деструкторов, которые полностью разлагают органическое вещество.

Понятие пищевой цепи удобно для изложения, оно соответствует в отдельных случаях и реально наблюдаемым явлениям, но в целом носит несколько упрощенный характер. Точнее было бы говорить об очень сложной трофической сети, объединяющей все виды, обитающие в озерах, и охватывающие все совершающиеся в них обменные процессы.

Таким образом, непрерывный поток материи и энергии постоянно пронизывает экосистему. Если экосистема стабильна, то ее можно сравнить с большой трубой, в один конец которой поступают минеральные соли и солнечная энергия, а из другого выходит живое вещество. Последнее может быть использовано внешними хищниками, например человеком, который, вылавливая из озера рыбу и поедая ее, составляет последнее звено пищевой сети. Человек в данном случае играет роль третичного или четвертичного консумента, но не будем упускать из вида, что собирая кресс–салат на берегах озера по примеру многих других организмов, он может быть и первичным консументом (Дрё, 1976).

В нерковых озерах основным источником "нового" органического вещества является фитопланктон.

Литература

Бугаев В.Ф., Кириченко В.Е. 2008. Нагульно-нерестовые озера азиатской нерки (включая некоторые другие водоемы ареала) // Петропавловск-Камчатский: Изд-во "Камчатпресс". - 280 с.

На фото: колониальная водоросль - Cфероносток сливовидный Sphaeronostoc priniforme. На Камчатке известен из оз. Налычевского и мелководных озер в бассейне р. Правый Кихчик (фото Д. Гимельбранта)

Экосистема относится к ключевым понятиям экологии. Само слово расшифровывается как "экологическая система". Термин был предложен экологом А. Тенсли в 1935 году. Экосистема объединяет несколько понятий:

• Биоценоз — сообщество живых организмов
• Биотоп — среда обитания этих организмов
• Виды связей организмов в данном ареале обитания
• Обмен веществ, который происходит между этими организмами в данном биотопе.

То есть, по сути, экосистема — это объединение компонентов живой и неживой природы, между которыми происходит обмен энергией. А благодаря этому обмену возможно создание условий, необходимых для поддержания жизни. Основой любой экосистемы на нашей планете является энергия солнечного света.

Для классификации экосистем ученые выбрали один признак — среду обитания. Так удобнее выделять отдельные экосистемы, так как именно ареал обуславливает климатические, биоэнергетические и биологические особенности. Рассмотрим виды экосистем.

Природные экосистемы образуются на земле самостихийно, при участии сил природы. Например, естественные озера, реки, пустыни, горы, леса и т.д.

Агроэкосистемы — это один из видов искусственных экосистем, созданных человеком. Они отличаются слабыми связями между компонентами, меньшим видовым составом организмов, искусственностью взаимообмена, но при этом именно агроэкосистемы наиболее продуктивны. Их человек создает ради получения сельскохозяйственной продукции. Примеры агроэкосистем: пашни, пастбища, сады, огороды, поля, насаженные леса, искусственные пруды...

Лесные экосистемы - это сообщество живых организмов, обитающих на деревьях. На нашей планете треть суши занимают именно леса. Почти половина из них — тропические. Остальные — хвойные, лиственные, смешанные, широколиственные.

В структуре лесной экосистемы выделяют отдельные ярусы. В зависимости от высоты яруса меняется состав живых организмов.

Главными в экосистеме леса являются растения, причем основным является один (реже несколько) видов растения. Все остальные живые организмы — либо потребители, либо разрушители, так или иначе влияющие на обмен веществ и энергией...

Растения и животные являются лишь составной частью какой-либо экосистемы. Так, животные — это важнейший природный ресурс, без которого невозможно существование экосистемы. Они более мобильны, чем растения. И, несмотря на то, что по видовому разнообразию фауна проигрывает флоре, именно животные обеспечивают устойчивость экосистемы, активно участвуя в обмене веществ и энергии.

При этом, все животные образуют генетический фонд планеты, обитая только в тех экологических нишах, где для них созданы все условия для выживания и размножения.

Растения же являются основополагающим фактором для существования любой из экосистем. Именно они чаще всего являются редуцентами — то есть, организмами, перерабатывающими солнечную энергию. А солнце, как уже отмечалось выше — основа существования жизненных форм на Земле.

Если рассматривать представителей флоры и фауны по отдельности, то каждое животное и растение представляет собой микроэкосистему на той или иной стадии существования. Например, ствол дерева по мере его развития — это одна цельная экосистема. Ствол упавшего дерева — это уже другая экосистема. Так же и с животными: эмбрион в стадии размножения можно считать микроэкосистемой...

Водные экосистемы - это системы, приспособленные к жизни в воде. Именно вода определяет уникальность того сообщества живых организмов, которые в ней обитают. Разнообразие видов животных и растений, состояние, устойчивость водной экосистемы зависит от пяти факторов:

• Солености воды
• Процента содержащегося в ней кислорода
• Прозрачности воды в водоеме
• Температуры воды
• Доступности питательных веществ.

Принято разделять все водные экосистемы на два больших класса: пресноводные и морские. Морские занимают более 70% земной поверхности. Это океаны, моря, соленые озера. Пресноводных меньше: большая часть рек, озер, болота, пруды и другие более мелкие водоемы...

Устойчивостью экосистемы называют способность данной системы противостоять изменения внешних факторов и сохранять свою структуру.

В экологии принято выделять два вида устойчивости ЭС:

• Резистентную — это вид устойчивости, при которой экосистема способна сохранять свою структуру и функциональность в неизменном виде, несмотря на изменения внешних условий.
• Упругую — этот вид устойчивости присущ тем экосистемам, которые могут восстанавливать свою структуру после изменения условий или вовсе после разрушения. Например, когда лес восстанавливается после пожара, говорят именно об упругой устойчивости экосистемы.
  Экосистема человека

В человеческой экосистеме доминатным видом будет человек. Такие экосистемы удобнее разделять по сферам:

Экосистема представляет собой устойчивую систему компонентов живого и неживого происхождения, в которой участвуют, как и объекты неживой природы, так и объекты живой природы: растения, животные и человек. Каждый человек, вне зависимости от места рождения и проживания (будь то шумный мегаполис или деревня, остров или большая земля, пр.) является частью экосистемы....

В настоящее время влияние человека на любую экосистему ощущается повсеместно. В своих целях человек либо разрушает, либо улучшает экосистемы нашей планеты.

Так, расточительное отношение к земле, вырубка лесов, осушение болот относят к разрушительному воздействию человека. И наоборот, создание заповедников, восстановление популяций животных способствуют восстановлению экобаланса Земли и является созидательным влиянием человека на экосистемы...

Главное различие таких экосистем состоит в способе их образования.

Естественные, или природные экосистемы создаются при участии сил природы. Человек либо вообще не оказывает на них влияния, либо влияние есть, но незначительное. Самой большой природной экосистемой является наша планета.

Искусственные экосистемы называют еще антропогенными. Они создаются человеком ради получения "выгоды" в виде продуктов питания, чистого воздуха, других продуктов, необходимых для выживания. Примеры: сад, огород, ферма, водохранилище, оранжерея, аквариум. Даже космический корабль можно рассматривать как пример антропогенной экосистемы.

Главные отличия искусственных экосистем от естественных.

Показывает четко выраженное единство структуры и функционирования. Охарактеризовать водоем можно просто, как: ручеек, речка, река, лужа, пруд, озеро, море. А сложнее, – как экосистему.

Основные компоненты экосистемы

Я пришел к выводу,

что так же, как лягушку считают классическим объектом изучения животного организма, пруд – пример для начального изучения экосистемы... Без перегрузки для начинающего исследователя большим количеством деталей в пруду могут быть собраны, для изучения четыре основных компонента экосистемы .

1. Прежде всего, это неживые вещества – основные составные части среды, неорганические и органические слагаемые ее.
2. Затем производители, в основном земные растения, которые из неживой среды извлекают под влиянием солнечной энергии различные вещества и создают, продуцируют массу живой материи.
3. Далее идут все остальные живые существа, которые живут, либо потребляя массу зеленых растений, либо пожирая других животных.
4. И наконец, – грибы и бактерии, которые существуют за счет мертвых тканей животных и растений: они перерабатывают и разлагают эти ткани на простые вещества, которые вновь используются растениями.

Экосистема

Пруд как экосистема

1. все элементы этого водоема тесно увязаны, взаимодействуют, нарушение действия одного из элементов вызывает нарушение структуры и жизни всего пруда;
2. система находится в некотором равновесии, гомеостазе и способна восстанавливать это равновесие, если вмешательство лишь нарушает это равновесие, а не разрушает сами связи, не вызывает экологическую катастрофу системы;
3. подобно живому организму система живет, она появляется, развивается, прогрессирует, достигает расцвета, затем переживает упадок, регрессию и гибель (пример: временные водоемы, которые образуются при таянии снегов, в половодье и обычно пересыхают, гибнут летом).

Оценка состояния водоема

1. Антропогенное давление на любой из компонентов системы. Допустим, в замкнутом водоеме ведется интенсивный любительский лов рыбы, превышающий допустимую степень эксплуатации. Для поддержания рыбьего стада периодически надо вносить, вселять рыбью молодь в водоем. Еще пример: плотность посадки рыб в водоеме при зарыблении оказалась столь высока, что кормов им не хватает. Надо вносить корма извне, подкармливать рыб.
2. Антропогенное давление на всю систему в целом столь сильное, что равновесие не восстанавливается. Пример: мытье в водоемах автомобилей, мотоциклов или других транспортных средств (о вреде оставляемой на поверхности воды пленки нефтепродуктов всем известно). Или интенсивное использование водоема владельцами моторных лодок.
3. «Возраст» и ступень развития водоема. В частности, надо посмотреть состояние воды и рыб в ней. Бывает, что от учета водоемов до развертывания операции по спасению мальков из них проходит несколько дней. Так вот, при учете нужно посмотреть, выдержат ли мальки эти несколько дней, может, вода уж так плоха, рыбы задыхаются, а весь водоем близок к гибели, что операцию по спасению молоди откладывать нельзя.

Водоем как экосистема – его биогеоценоз

Отношения между соседствующими видами в водоеме

Оценка водоема

Рыбоводные пруды

Биоценоз водоема

Обследование водоема

• Прежде всего вид водоема – речка, река, озерцо, озеро;
• размер водоема;
• движение воды – проточная, полупроточная, стоячая.

• Наряду со скоростью учитывается плавность течения : при большом уклоне речная вода может нестись с большей скоростью, но в северных реках это обычно плавное быстрое течение, а на юге в горных районах скорость реки часто выше, вода образует буруны, водовороты среди камней. В замкнутых озерах подвижность воды зависит от характера берегов: при открытых берегах ветер свободно гуляет, образуя волны и перемешивая водную массу, в лесных озерах зеркало воды редко морщится от ветра и вода слабо перемешивается, нижние слои могут быть значительно холоднее, могут быть бедны кислородом. Значит, в характеристику водоема входит описание его берегов. Определяются размеры (длина, ширина) и глубина водоема.
• Сведения о наибольшей глубине в характеристике водоема должны сочетаться со сведениями о более мелких заливах, хорошо прогреваемых отмелях. Определяют прозрачность воды, цвет, вкусовые качества.
• Пробы воды на кислотность доставляются в лабораторию на анализ. По этим пробам можно определить источники загрязнения воды и подать сигналы в санитарно-эпидемиологическую станцию.
• Не всегда легко предотвратить загрязнение водоемов. Большую роль в соблюдении чистой воды играют истоки рек и речек, питающих водоемы. Порой эти родники бывают загрязнены, берега затоптаны, в воду попадает мусор. Необходимо очищать родники, устанавливать около них скамейки, строить мостики, с которых можно набрать воду, не разрушая берега. Дно родников надо зачистить от мусора, ила, коряг. Все обнаруженные родники нумеруются, заносятся в характеристику основного водоема, если возможно, их местоположение наносится на карту, топографическую схему. Существуют общие требования к составу в водоемах. При оценке содержания кислорода в воде в полевых условиях, если вода не сильно загрязнена, можно исходить из средних показателей.

Водной называется экосистема, для которой естественной средой обитания является вода. Именно она определяет уникальность той или иной экосистемы, видовое разнообразие и ее устойчивость.

Главные факторы, которые влияют на водную экосистему:

1. Температура воды
2. Ее химический состав
3. Количество солей в воде
4. Прозрачность воды
5. Концентрация в воде кислорода
6. Доступность питательных веществ.

Компоненты водной экосистемы делятся на два вида: абиотические (вода, свет, давление, температура, состав почвы дня, состав воды) и биотеческие. Биотика, в свою очередь, разделяется на следующие подвиды:

Продуценты — организмы, производящие органические вещества с помощью солнца, воды и энергии. В водных экосистемах продуцентами являются водоросли, в мелководных водоемах — прибрежные растения.

Редуценты — организмы, потребляющие органику. Это разнообразные виды морских животных, птиц, рыб, земноводных.

Основные типы водных экосистем

В экологии водные экосистемы принято разделять на пресноводные и морские. В основе этого деления лежит показатель солености воды. Если в литре воды содержится более 35% солей — это морские экосистемы.

К морским относятся океаны, моря, соленые озера. К пресноводным — реки, озера, болота, пруды.

Еще одна классификация водных экосистем базируется на таком признаке, как условия создания. Здесь выделяют природные и искусственные. Природные созданы при участии сил природы: моря, озера, реки, болота. Искусственные водные экосистемы создает человек: искусственные пруды, водохранилища, дамбы, каналы, водные фермы.

Естественные водные экосистемы

Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы — это реки, озера, болота, пруды. Все они занимают лишь 0,8% поверхности нашей планеты. Хотя в пресных водоемах обитает более 40% известных науке рыб, пресноводные экосистемы все равно значительно уступают в видовом разнообразии морским.

Главным критерием отличия пресноводных водоемов является скорость течения воды. В этой связи выделяют стоячие и проточные. К стоячим относятся болота, озера и пруды. К проточным — реки и ручьи.
Для стоячих водных экосистем характерна ярко выраженное распределение биотических организмов в зависимости от слоя воды:

В верхнем слое (литорали) главным компонентом является планктон и прибрежные заросли растений. Это царство насекомых, личинок, здесь обитают черепахи, амфибии, водоплавающие птицы, млекопитающие. Верхний слой водоемов является охотничьими угодьями для цапель, журавлей, фламинго, крокодилов, змей.

Средний слой водоема называется профундаль. Он получает намного меньше солнечного света, а питанием служат вещества, оседающие их верхнего слоя воды. Здесь обитают хищные рыбы.

Нижний слой воды называется бенталь. Огромную роль играет состав почвы, ила. Это место обитания придонных рыб, личинок, моллюсков, ракообразных.

Морские экосистемы

Самой большой морской экосистемой является Мировой океан. Он подразделяется на более мелкие: океаны, моря, соленые озера. Все они занимают свыше 70% поверхности нашей планеты и являются важнейшей составляющей частью гидросферы Земли.

В морских экосистемах главным компонентом, продуцирующим кислород и питательные вещества, является фитопланктон. Он формируется в верхнем слое воды и под действием солнечной энергии вырабатывает питательные вещества, которые потом оседают в более глубокие слои водоема и служат питанием для остальных организмов.

Большие морские экосистемы — это океаны. В открытом океане видовое разнообразие невелико по сравнению с прибрежными зонами. Основная масса живых организмов сосредоточена на глубинах до 100 метров: это различные виды рыб, моллюсков, кораллы, млекопитающие. В прибрежных зонах морских экосистем видовое разнообразие дополняется многочисленными видами морских животных, амфибий, птиц.

В прибрежных зонах морских экосистем выделяют более мелкие (по территории): мангровые болота, шельфы, лиманы, лагуны, солончаки, коралловые рифы.

Места на побережье, где морская вода смешивается с пресной (устья рек), называются эстуариями. Видовое разнообразие здесь достигается максимума.

Все морские экосистемы весьма устойчивы, способны сопротивляться вмешательству человека и быстро восстанавливаются после антропогенного влияния.

Искусственные водные экосистемы

Все искусственные водные экосистемы созданы человеком для удовлетворения собственных нужд. Это разнообразные пруды, каналы, заводи, водохранилища. К более мелким относят океанариумы, аквариумы.

Для искусственных водных экосистем характерны следующие черты:

• Малое количество видов растений и животных
• Сильная зависимость от деятельности человека
• Неустойчивость экосистемы, так как ее жизнеспособность зависит от влияния человека.

На Земле возникали озера в результате тектонических сдвигов породы, отступления ледников при таянии или изменения русел рек. К ним можно относить пруды, более мелкие водные образования. Общее у них, то, что это замкнутые экосистемы с тенденцией к исчезновению.

Неважно, является водоем сточным, то есть из которого вытекает вода, или бессточным, экосистема озера постепенно будет трансформироваться в сторону преобладания в ней растительного над животным миром. Затем превратиться в болото и, в конце концов, высохнет и исчезнет. Быстрота такого превращения зависит лишь от величины и глубины водного объекта.

Структура системы и основные факторы влияния

Экосистема озера представляет собой видовую совокупность, существующую в границах водного объекта, и взаимодействующая между собой. Трофическая цепь типичная и состоит из продуцентов – растений и водорослей, консументов – рыбы, рептилии, водоплавающей птицы, некоторые видов животных, а также редуцентов – бактерий, червей и ракообразных.

Схематическая иллюстрация экосистемы озера.

Соленая в озере вода или пресная, влияет только на видовую структуру, в которой преобладают живые организмы, приспособленные к существованию в воде с большим или меньшим содержанием соли.

Главным и определяющим из них – солнце. Вступая во взаимодействие с водой, солнечная энергия изменяет, а именно повышает, температуру последней. Это, в свою очередь, влияет на процесс фотосинтеза, то есть производства кислорода, его содержание и растворимость в воде.

По количеству поступающей солнечной энергии, водную массу озера можно разделить на горизонтальные слои или пласты.

В летний период верхний слой получает максимальное количество солнечной энергии. Он нагревается. Продуценты активно перерабатывают солнечную энергию в кислород. Фауна в верхнем слое играет роль консументов. Это в основном водоплавающие животные и птицы, рептилии, некоторые виды рыб и насекомые.

Следующий пласт воды играет «заградительную» функцию между разными температурными слоями, расположенными над и под ним. Этот слой с максимальной плотностью воды, которая возникает, когда температура ее +4°С. Он сдерживает перемешивание слоев воды озера. Обычно перемешивание происходит весной и осенью. В результате чего происходит обмен кислородом и питательными веществами.

Солнечный свет, доходя до придонного слоя, сильно рассеивается. На дно попадают остатки живых организмов и отходы их жизнедеятельности. Придонный слой населяют редуценты – раки, черви, личинки насекомых, бактерии и микроорганизмы. Очень редки рыбы. Главная их функция переработка органических отходов. Последний этап пищевой цепи, перед началом нового.

На этом этапе и происходит тот сбой, который, в конечном счете ведет к исчезновению озера. Условия существования не позволяют справиться с переработкой отходов полностью. А верхний слой, подпитанный во время перемешивания, увеличивает биомассу. Отходы увеличиваются, а остатки накапливаются. Они превращаются в ил, а затем в торф. Озеро начинает мелеть и исчезать.

Использование человеком

Использование озера человеком можно описать предельно коротко. Человек берет из него воду и пищу, и возвращает неочищенную воду и отходы.

Перед тем как полностью исчезнуть, озеро превращается в болото. Донный ил становится торфом. Торф обладает способностью сохранять влагу. Накапливая ее в период таяния снегов или дождей, он затем отдает ее ручьям и тем поддерживают уровень воды в больших водоемах и в грунтовых водах. Человек добывая торф, как природное топливо или удобрение, проводя мелиоративные работы и осушая болота, изменяет водный режим региона со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Экосистема озера не содержит фосфор, азот и другие вещества, стимулирующие рост растений. Сточные воды промышленных предприятий, сбросы канализационных систем городов, неочищенные бытовые стоки и, главное, вода, сходящая после ливней и таяния снегов с земель, используемых под сельскохозяйственные нужды, содержит эти вещества. А они ускоряют рост и увеличивают количество биомассы, особенно сине-зелёных водорослей.

Тот же эффект при сбросе теплой воды, после охлаждения ею оборудования электростанций. Повышение температуры воды в результате таких сбросов ускоряет рост все тех же водорослей и других растений. Если температура будет слишком велика, то животный мир может вообще погибнуть или произойти сбой в его репродуктивной системе.

Но самое основное – это нарушается ритма весеннего и осеннего перемешивания вод, в результате чего придонные слои не будут получать необходимый запас кислорода.

Еще одна форма использования человеком экосистемы озера – это привнесение в нее живых организмов, ей несвойственных. Иногда это может произойти случайно. Но бывает, что это делается преднамеренно, с целью разведения полезных для человека видов рыб, моллюсков, беспозвоночных и тому подобное.

Эти организмы ведут себя агрессивно по отношению к местным видам флоры и фауны. А с учетом стимулирования их роста и развития человеком, то природная биосистема начинает подвергаться существенным изменениям. Происходит дисбаланс, который может привести к ее полной гибели. Примером могут служить Великие озера в Америке.

Вам будет интересно посмотреть фото и картинки экосистемы озера.

Посмотрите видео: Красивые фото озер, рек и морей.