Водные экосистемы. Виды водных экосистем, их характеристики
Водные экосистемы
Водные экосистемы отличаются от экосистем суши прежде всего своими физическими и химическими свойствами. При рассмотрении водных экосистем их разделяют на пресноводные и экосистемы Мирового океана.
Пресноводные экосистемы.
Пресноводные экосистемы широко представлены на всех континентах. Реки и озера Земли помещают основную часть пресной воды, хотя в некоторых внутренних водоемах вода соленая (это характерно для жаркого и сухого климата).
В пресноводных озерах всегда выделяют три части, которые можно рассматривать как отдельные экосистемы:
прибрежная часть - литораль;
глубоководная часть - профундаль;
основная толща воды - пелагиаль.
Наиболее заселена живыми организмами литораль. Прибрежные зоны любых водоемов являются их главными трофическими областями. Кроме полупогруженных растений в водоемах живут придонные организмы, которые составляют бентос и планктон, что
плавает в толще воды. Продукция большинства водоемов часто лимитируется недостатком биогенных минеральных веществ. Дело в том, что жизнь сосредоточена в верхних слоях воды, где есть достаточно солнечного света, а минеральные вещества поступают из придонных слоев. Верхние и нижние слои воды разделены между собой так называемым термоклином, особенно четко проявляется в водоемах субтропического и тропического поясов. Термоклин препятствует вертикальному водообмена и приводит к дефициту минеральных веществ в поверхностных слоях воды.
Литораль характеризуется наличием большого количества прикрепленных растений - макрофитов. Фауна представлена насекомыми и их личинками.
Богатая и фауна хищников. В прибрежной части озер обычными являются такие виды рыб, как плотва, красноперка, линь, дикий карп, корюшка. Хищные рыбы представлены щукой, окунем и судаком. Придонная часть озер почти не имеет растений, вода малоподвижная и сохраняет в течение почти всего года температуру +4 "С. Фауна таких мест обеднена. Она представлена в основном личинками комаров-дзвонцив и моллюсками.
В пелагиали растения представлены планктоном с синьозеле-ных, диатомовых и зеленых водорослей, макрофитами, плавающих (элодея, рдесты). Все живые организмы имеют различные приспособления, помогающие им удерживаться в толще воды. У растений - это парашутоподибни вырасти, капельки жира в теле, животные активно плавают. В пелагиали водятся озерная форель, сиговые рыбы. Здесь много хищных коловраток, веслоногих рачков и циклопов.
Растительный и животный мир озер во многих случаях определяется наличием в воде питательных веществ. По этому признаку озера делятся на эвтрофные, богатые азот, фосфор, олиготрофные, бедные азотом и фосфор (нитратов менее 1 мг / л) и промежуточные между ними озера - мезотрофные. Фауна рыб существенно отличается в этих трех типах озер. Для олиготрофных озер характерны сиги, гольцы, окуни, щука и плотва. В эвтрофных озерах обитают виды, которые устойчивы к частому здесь дефицита кислорода - карп, линь, карась, плотва и лещ. В развитии речных экосистем основную роль играют характер дна и берегов, температура воды и скорость течения. В прибрежной части ручьев и рек растет обычные для этих мест камыши, камыши, лепешняк и стрелолист. В толще воды плавают элодея, кувшинки. При росте скорости течения до 0,3-0,6 м / с и более толща воды уже не растет. Для рек планктон не характерен, поскольку сносится течением. Речная энтомофауна весьма разнообразна. Здесь немало водных насекомых и их личинок. Часто встречаются рачки-бокоплавы. Вдоль течения рек наблюдается своя закономерность в распределении ихтиофауны. В истоках чистых год с прозрачной водой живет форель. В среднем течении основными видами являются хариус и усач, здесь обычные лини и голавль. В нижней части год, где течение замедляется, в состав ихтиофауны входят лещ, карп, щука и верховодка.
Трофические цепи пресноводных экосистем и особенно рек короткие за отсутствия богатой кормовой базы. Они начинаются с автотрофных растений и заканчиваются в пастбищных трофических цепях хищными рыбами, а в детритного трофических цепях - микроорганизмами. На территории Украины зарегистрировано 71 000 рек, имеющих общую длину 243 тыс. Км. Большинство рек принадлежит к бассейнам Черного и Азовского морей. В Украине 3000 озер с общей площадью водного зеркала 2 тыс. Кв. км. Кроме этого, страна 23000 прудов и водохранилищ, особенно их много в районе среднего и нижнего Днепра.
Реки и озера Украины включают в себя 195 видов водных макрофитов, а также много видов водорослей. В Украине есть 57 водных растительных формаций. Водные экосистемы является важным национальным богатством. Это и хранилища пресной воды, и источники разнообразной продукции, и места отдыха населения.
Экосистемы Мирового океана. Характерной особенностью океанических экосистем:
глобальность размеров и огромные глубины, заполненные жизнью;
непрерывность (все океаны связаны друг с другом);
постоянная циркуляция (наличие сильных ветров, которые дуют в течение года в одном и том же направлении, наличие глубинных течений)
доминирование разных волн и приливов, что приводит заметную периодичность жизни группировок, особенно в прибрежных зонах;
соленость и сильная буферность;
Наличие растворенных биогенных элементов, которые являются лимитирующим факторами, определяющими размеры популяции.
Условия жизни в океанической воде на более высоком уровне, чем на суше. Растительность беднее - в основном это водоросли. Животный мир богат. Он представлен следующим группам:
Бентос - естественные организмы (водоросли, губки, мшанки, асцидии), ползающие (иглокожие, ракообразные), рыбы, моллюски.
Планктон - взвешенные в воде диатомовые и другие водоросли.
Временные компоненты - личинки червей, моллюсков, ракообразных, иглокожих, мальки рыб. С постоянного компонента - самые простые, брюхоногие моллюски, веслоногие рачки. Они являются пищей для морских птиц.
Нектон - группа активных организмов толще. Рыбы, головоногие моллюски, китообразные, ластоногие. Основные экологические части океана:
литораль, или шельф (до 200 м), занимает 7-8%, живет здесь до 80% всех морских организмов;
материковый склон (200-2000 м) занимает 8,1%;
Абесалом - 82,2%;
глубоководные желоба - 2,1%.
Все население водных экосистем (около 200 000 видов), как и наземных, разделяют на продуцентов, консументов и Реду-центов. Экосистемы океанов отличаются большой производительностью, играют важную роль гигантских регуляторов климата Земли.
Вопросы для самопроверки
На какие типы делят экосистемы планеты Земля?
1. Природные.
2. Искусственные.
3. Водные.
4. Наземные.
5. Околоземные.
Что лежит в основе разделения экосистем по типам?
1. Происхождение.
2. Объем производимой продукции.
3. Тип среды.
4. Различия в функционировании различных экосистем.
5. Коэффициент сходства между различными экосистемами.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем тундры?
1. Рельеф ровный.
3. Почвы всегда кислые.
4. В растительном покрове преобладают низкорослые кустарники.
5. Богатый состав фауны.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем тайги?
1. Рельеф ровный.
2. Почвы слаборазвитые, гумификация проходит медленно.
3. Почвы подзолистые.
5. Состав фауны стабильный применительно к составу фауны тундр.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем тропиков?
1. Рельеф ровный.
3. Почвы глеевые.
4. В растительном покрове преобладают вечнозеленые растения.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем степей?
1. Рельеф ровный.
2. Почвы слаборазвитые, гумификация проходит быстро.
3. Почвы мощные черноземы, гумификация проходит быстро.
4. В растительном покрове преобладают многолетние травы.
5. Здесь представлены 50 процентов мирового генофонда.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем пустынь?
1. Рельеф ровный.
2. Почвы слаборазвитые, гумификация проходит быстро.
3. Почвы маломощные.
4. Растительный покров сильно сжиженный.
5. Здесь можно увидеть значительные суточные колебания температуры воздуха.
На какие типы делят экосистемы болот?
1. Низменные болота.
2. Верховые болота.
3. Переходные болота.
4. Прибрежные болота.
5. Средние болота.
Какие из предложенных ответов соответствуют характеристике экосистем болот?
1. Экосистемы болот азональные.
2. Возникают в местах сильного переувлажнения.
3. детритного пищевую цепь удлиняется.
4. детритного пищевую цепь сильно укорачивается.
5. Образование гумуса невозможно.
Чем отличаются водные экосистемы между собой?
1. соленость воды.
2. глубиной.
3. Наличием или отсутствием течения.
4. Составом флоры.
5. Составом фауны.
Какие из предложенных вариантов отражают характеристики экосистем Мирового океана?
1. Глобальность.
2. Непрерывность.
3. Постоянная циркуляция.
4. Сильная буферность.
Экосисте́ма, или экологи́ческая систе́ма (от др.-греч. οἶκος - жилище, местопребывание и σύστημα - система) - биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз ), среды их обитания (биотоп ), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии .Пример экосистемы - пруд с обитающими в нём растениями , рыбами , беспозвоночными животными , микроорганизмами , составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов ) и физические параметры (прозрачность воды , тренд годичных изменений температуры ), а также определённые показатели биологической продуктивности , трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы - лиственный лес в средней полосе России с определённым составом лесной подстилки, характерной для этого типа лесовпочвой и устойчивым растительным сообществом , и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности , освещённости ) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов . Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы , её потребителей и разрушающих биомассу организмов , а также показатели продуктивности и обмена вещества иэнергии .
Классификация экосистем:
микроэкосистемы (подушка лишайника, капля воды из озера, капля крови с клетками и т. д., рис. 53);
мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.);
макроэкосистемы (континент, океан);
глобальная экосистема (биосфера Земли), или экосфера, – интеграция всех экосистем мира.
39. Состав и структура экосистем. Пространственная структура экосистема.
Структура экосистем.Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых соответственно 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. Таким образом, все живые организмы попадут в одну из двух групп. 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.Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает 1) почву или воду и 2) климат. Почва и вода содержат смесь неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от материнской породы, на которой она лежит, и из которой частично образуется. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность температура и влажность, в большой степени определяющий видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.
Состав экосистемы. В состав экосистемы входят живые организмы (их совокупность называют биогеоценозом или биотой экосистемы), и неживые (абиотические) факторы - атмосфера, вода, питательные элементы, свет и мертвое органическое вещество - детрит.
Пространственная структура большинства экосистем определяется ярусным расположением растительности
Биогеоценоз и экологические системы: состав, структура, свойства
контрольная работа
Особенности водных экосистем
В отличие от биогеоценозов суши, которые легко разграничить посредством фитоценозов, водная среда, как средообразующий фактор, характеризуется плавными переходами от одного комплекса условий к другому. Поэтому для морских и пресноводных биогеоценозов сложнее выделить границы . Чаще всего в этом случае используют главные физические и геохимические черты водной толщи.
Водные экосистемы делят на две группы:
непроточные водоемы (лентическая среда - от лат. лентус - спокойный), это озера, пруды, болота, проточные водоемы (лотические - от лат. лотус - омывающий).
Специфика водных систем определяется многими факторами, в первую очередь термодинамическими характеристиками воды. Воды различных водоемов характеризуются также прозрачностью, скоростью перемешивания, соленостью, содержанием растворенных газов.
Давление воды увеличивается с глубиной, разные части водоемов по-разному удалены от берегов. Эти и многие другие обстоятельства влияют на распределение и распространение населяющих воду живых организмов.
В лентическом водоеме выделяют три главные зоны:
литоральная (мелкие участки, где свет проникает до дна и обычно
располагаются высшие растения и некоторые водоросли),
лимническая (толща воду, до глубины которой проникает активный свет,
уже необязательно на мелководье),
профундаль (зона, в которую свет не проникает).
Ниже лимнической зоны скопление биомассы невозможно, поскольку здесь процессы фотосинтеза и дыхания выравниваются.
Нижняя граница лимнической зоны носит название компенсационного горизонта. До этой границы проникает около 1% солнечного света. Обычно это глубины порядка 100 м.
В водных экосистемах (как и в любых других) присутствуют автотрофные организмы (продуценты), фаготрофы (макроконсументы) и сапротрофы (микроконсументы) , выполняющие преимущественно роль разрушителей органического вещества.
В реках и ручьях различают в основном две зоны:
мелководные перекаты,
глубоководные плесы.
Каждой из этих зон свойственны свои обитатели и свои сообщества организмов (биоценозы) .
Лентические и лотические водоемы весьма разнообразны по своей структуре. Каждому из них присуща сложная сезонная динамика температуры, определяющая размещение экологических ниш. Движение воды, особенно в лотических водоемах, связанное с ее скоростью, турбулентностью, определяет передвижение и локализацию выбрасываемых веществ, специфику их осаждения, разложения, процессы самоочищения, закономерности эвтрофирования.
Биологический мониторинг качества воды
биологический мониторинг токсичность питьевой...
Биохимическая индикация состояния рыб
В своем естественном состоянии различные природные водоемы могут сильно отличаться друг от друга. На водную флору и фауну действуют такие показатели, как глубина водоема, скорость течения, кислотно-щелочные свойства воды, мутность...
Водные ресурсы: использование и загрязнение
К числу важнейших водных ресурсов, пригодных для использования в тех или иных отраслях хозяйст-ва, относятся речные, озерные, морские, подземные поды, лед высокогорий и полярных районов, атмосферная влага. Таким обра-зом, за исключением вод...
Комплексная оценка состояния водной экосистемы урбанизированной территории на примере города Брест
Естественные водоемы: На территории Беларуси насчитывается 10780 озер, общая площадь которых более 140 тыс. га. Большинство из них невелики (до 20 га), но есть и крупные озера (до 8 тыс. га - Нарочь). Речная сеть - 20,8 тыс. рек и ручьев...
Комплексная оценка состояния водной экосистемы урбанизированной территории на примере города Брест
водный экосистема беларусь озеро Река Западный Буг. Анализ среднегодовых концентраций растворенного кислорода (9,6-9,8 мгО2/дм3) в воде всех створов и диапазон пределов его содержания в течение 2014 г. (7,9- 12...
Основы экологии и охраны природы
В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент - биотоп, или экотоп - участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент - сообщество, или биоценоз - совокупность всех живых организмов...
Приспособления растений к водному режиму
Гидрофиты: эта группа включает в себя растения, нормально растущие в воде, а в случае укоренения на суше корни их распространяются в переувлажнённой почве, что неблагоприятно для других растений...
Проблема загрязнения водных ресурсов
Органические отбросы, биогенные вещества и тепло становятся помехой для нормального развития пресноводных экологических систем только тогда, когда они перегружают эти системы...
Сравнительная характеристика наземных и водных экосистем
Пищевая или трофическая цепь - последовательный, ступенчатый перенос продукции (вещества и энергии) от продуцентов через ряд организмов, происходящий путем поедания биомассы одних организмов другими. В экосистемах наземного типа...
Строение биосферы. Загрязнение экосистем. Проведение экологической экспертизы
Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами (табл.1) в зависимости от специфики отраслей промышленности. Следует заметить...
Экономический механизм нормирования антропогенной нагрузки на водные экосистемы
Некоторые ученые упрощают понятие "нагрузка", полагая, что "нагрузка на водный объект - это количество веществ, поступающих в водоем за рассматриваемый период времени..."...
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:
- Температура воды
- Ее химический состав
- Количество солей в воде
- Прозрачность воды
- Концентрация в воде кислорода
- 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.
Воду считали простым элементом до тех пор, пока в 1781 — 1784 гг. Генри Кавендиш (Cavendish , 1731 — 1810) не показал, что она образуется при сгорании водорода, и Антуан Лавуазье (Lavoiser , 1743-1794) не определил её состав. Существование водных экосистем, да и в целом, полностью зависит от уникальных свойств воды как одного из главных минералов Земли.
Вода бесцветна и прозрачна в тонких слоях и выглядит голубовато-зеленой (бирюзовой) в толстых. Благодаря этому фотосинтез может идти в достаточно глубоких слоях воды.
Молекулы воды сильно электрически поляризованы (рис. 1), и поэтому ей свойственны чрезвычайно мощное взаимное притяжение молекул, очень высокая диэлектрическая проницаемость, и она является уникальным и почти универсальным растворителем для солей. Её молекулы притягивают, окружают и отделяют ионы от кристаллов солей, образуя комплексы гидратированных ионов. Например, положительные ионы металлов притягивают отрицательные («кислородные») концы молекул воды, создавая и удерживая вокруг себя слой из них не только в растворе, но даже в кристаллах после выпаривания. Вода обладает очень сильным поверхностным натяжением и способностью подниматься по капиллярам. Всё это делает воду уникальным средством для транспортировки питательных веществ как внутри живых организмов, так и вне них.
Вода имеет парадоксальную зависимость плотности от температуры (рис. 1). Закон «все тела при нагревании расширяются» вблизи точки замерзания для неё неверен. Максимум плотности жидкой воды — при 4 °С. Более того, при замерзании, то есть переходе в кристаллическое состояние, вода не уменьшает, а почти на 1/10 увеличивает свой объём. Благодаря этому образующийся на водоёмах лёд не опускается на дно, а остаётся на поверхности, предохраняя водоёмы от промерзания. Без этого свойства вся вода Земли, скорее всего, быстро собралась бы в полярные ледяные шапки, и жизнь стала бы невозможна.
Теплоёмкость воды, её теплоты испарения и плавления очень велики. Вследствие большой теплоёмкости воды океаны и моря, медленно накапливая и отдавая тепло, существенно уменьшают перепады температуры и смягчают климат планеты. Испаряясь с поверхности океанов, вода запасает энергию в виде теплоты парообразования и впоследствии отдаёт её при образовании облаков и выпадении осадков. Таким образом, климато- образующее влияние воды невозможно переоценить.
Рис. 1. Структура молекулы воды и зависимость плотности льда и воды or температуры. Рядом с молекулой воды показан в том же масштабе отрезок длиной в 1 А (ангстрем) = 10) -10 м
Вода была колыбелью жизни на Земле, и водные экосистемы составляют большую часть .
Пять основных факторов влияют на биоту водных экосистем:
- солёность, то есть процентное содержание (по весу) растворенных в воде солей, главным образом NaCl, КСI и MgSO 4 ;
- прозрачность, характеризуемая относительным изменением интенсивности светового потока с глубиной;
- концентрация растворенного кислорода;
- доступность питательных веществ, прежде всего соединений химически связанного азота и фосфора;
- температура воды.
Морская экосистема
Морские экосистемы характеризуются высокой соленостью, а материковые воды (воды суши) — низкой. По степени солёности можно выделить и промежуточные биотопы: эстуарии (приустьевые зоны), где воды рек смешиваются с морской водой, и прибрежные болота. Некоторые внутренние моря, например Балтийское море и его заливы, по своим свойствам являются скорее эстуариями, чем истинными морями.
В морских экосистемах, занимающих примерно 71 % поверхности Земли, основным продуцентом является фитопланктон, состоящий из микроскопических водорослей и бактерий (рис. 2). Для успешной жизнедеятельности фитопланктон нуждается в освещении, поэтому в принципе размещается в верхнем эвфотическом слое воды на глубинах не более 200 метров. Основным лимитирующим фактором в этом слое оказывается наличие питательных веществ, прежде всего связанного азота, фосфора и минеральных веществ. Из этого слоя питательные вещества оседают вглубь в результате нескольких процессов: «дождь» мёртвых организмов, миграция зоопланктона по вертикали, диффузия растворённого органического вещества. Тем самым обеспечивается питание глубоководной биоты. В распределении питательных веществ по акватории океанов велика роль океанических течений, переносящих смытые с континентов вещества в зоны открытого моря. В этой связи в океанах можно выделить две зоны: континентальный шельф и пелагическую зону (пелагиаль), то есть область открытого моря. Континентальный шельф представляет собой сравнительно мелкое подводное продолжение материковых плит и занимает не более 1/10 поверхности океана. Однако удельная, на единицу площади поверхности, биологическая продуктивность шельфа в несколько раз выше, чем у открытого моря. Высокой продуктивности шельфа способствуют два обстоятельства, приводящие к обогащению его вод питательными веществами. Во-первых, именно сюда стекают континентальные воды, несущие смытые с суши минеральные и органические вещества. Во-вторых, когда ветер отгоняет теплые поверхностные слои воды от берега, на глубине возникает противотечение, и холодные глубинные воды поднимаются к поверхности вдоль береговой линии континента, принося с собой ранее осевшие питательные вещества (рис. 3). Это явление называют апвеллинг.
Рис. 2. Структура океанических экосистем
Области активного вертикального перемешивания и повышенной продуктивности есть и далеко от берегов, например, возле экватора, в зоне пассатов. Огромные центральные области океанов вблизи Северного и Южного тропиков, где вертикальное перемешивание вод очень слабо, можно уподобить сухим степям не только по географической широте, но и по их малой биопродуктивности. Напротив, в умеренных и субполярных широтах сезонные колебания температуры и течения способствуют перемешиванию, и биопродуктивность океана возрастает.
Эстуарии, лиманы, прибрежные заболоченные территории являются одними из наиболее продуктивных экосистем. На первый, обывательский взгляд эти земли бесполезны и только являются рассадником всевозможных кровососущих насекомых. Поэтому до сих пор существует тенденция к их «улучшению» путём дорогостоящих мелиоративных работ. На самом деле их роль огромна, и они нуждаются в строгой охране. Во-первых, здесь нерестится более 70 % наиболее ценных в промысловом отношении рыб и других морских организмов. Поэтому «освоение» этих территорий приводит к огромному экономическому ущербу за счёт истощения рыбных промыслов. Во-вторых, они блестяще выполняют функции бесплатных и очень эффективных очистных сооружений для стекающих с континента загрязненных вод, предохраняя от гибели чувствительные прибрежные и шельфовые морские экосистемы. В-третьих, они служат местами обитания для гигантского количества птиц и животных, в том числе редких видов.
Рис. 3. Формирование апвеллинга. Вместе с холодными придонными водами к поверхности поднимаются скопившиеся у дна питательные вещества, что вызывает быстрый рост биоты
Болотные экосистемы
Прибрежные болотные системы занимают только около 5 % всей площади болот. Основная часть болот располагается внутри континентов, и они являются пресноводными экосистемами, играющими ключевую роль в естественном регулировании водотока рек умеренного пояса. Болотные экосистемы находятся в неразрывной связи с лесными биогеоценозами. Почвы болот почти постоянно покрыты водой, поэтому растительные остатки здесь не перегнивают до конца, и вместо гумуса на дне болот образуется торф. По мере роста слоя торфа болото зарастает сфагновым мхом. И торф, и мох обладают уникальной способностью впитывать, накапливать и сохранять влагу. В периоды избыточного увлажнения, — во время таяния снегов и затяжных дождей, — они собирают воду, а в сухие периоды постепенно отдают её ручьям, мелким речкам и проточным озёрам, поддерживая уровень воды в реках и, самое главное, уровень грунтовых вод на огромных пространствах. При этом болота служат мощными естественными фильтрами для накопленной в них воды, практически полностью очищая сё от естественных и антропогенных загрязнителей, таких как остатки удобрений, фекалии, ядохимикаты и даже остатки нефтепродуктов. На Европейской территории России именно верховые болота питают крупнейшие реки — Волгу, Дон, Днепр, Западную и Северную Двину. Проведение мелиоративных работ, осушение болот и добыча торфа как естественного удобрения или топлива в конечном счёте оказываются, как правило, абсолютно неоправданными, так как ведут к гибели лесов и разрушению водного режима.
Экосистема пресного водоема
В реках и пресноводных водоёмах основными лимитирующими факторами для живых организмов являются концентрации растворенного кислорода и питательных веществ — связанного азота, фосфора и минеральных солей.
Развитие основных продуцентов — фитопланктона и укоренённых водных растений зависит от количества питательных веществ. Так как для фотосинтеза нужен свет, фитопланктон концентрируется в верхнем слое воды. Поэтому продуктивность всей экосистемы зависит от поступления в этот слой питательных веществ. Они либо смываются дождями и талыми водами с берегов, либо поднимаются наверх вследствие активного перемешивания воды, когда взмучивается ил, то есть осевшие на дно органические остатки. Зоопланктон (микроскопические черви и ракообразные, инфузории, бактерии, одноклеточные жгутиконосцы) питается фитопланктоном и в свою очередь служит пищей для рыб и насекомых. Для жизнедеятельности консументов, — зоопланктона и рыб, — требуется кислород, поступление которого также зависит от скорости и глубины перемешивания воды. Таким образом, перемешивание воды является важнейшим фактором, так как от него зависит и поступление питательных веществ для фитопланктона, и концентрация кислорода.
Типичная экосистема пресноводного водоёма умеренных широт показана на рис. 4. В мелководной прибрежной зоне — литорали обитают многочисленные продуценты — как свободно плавающие, так и укоренённые водные растения. Здесь много насекомых и их личинок, здесь обитают лягушки, черепахи, водоплавающие птицы и млекопитающие. Здесь же охотничьи угодья аистов и цапель. Пелагиаль - это поверхностный слой открытых вод, где обитают планктонные организмы и поедающие планктон рыбы. Профундаль - слабо освещенная зона, где живут хищные и придонные рыбы. Бенталь - дно, покрытое илом. Здесь обитают многочисленные детритофаги и редуценты — моллюски, черви, раки и личинки насекомых. В нижней части рис. 4 показаны характерные зависимости температуры от глубины. Весной и осенью, когда эти зависимости сменяют друг друга, происходит активное вертикальное перемешивание воды, и верхние слои обогащаются питательными веществами, а профундаль — кислородом. Перемешивание имеет такой сезонный характер в большинстве равнинных водоёмов умеренного климатического пояса. Весной, при таянии льда и снега холодные тяжёлые воды стремятся опуститься на дно, а относительно более тёплые, придонные — подняться наверх. Аналогичный процесс происходит и осенью. Отсюда — весеннее «цветение» воды в прудах, озёрах и водохранилищах. Летом и зимой слои холодной и теплой воды располагаются устойчиво (устойчивая термическая стратификация ), и перемешивание почти отсутствует. Ледяной покров также препятствует растворению кислорода.
Рис. 4. Типичная экосистема пресноводного водоёма умеренных широт
При быстром течении и активном перемешивании воды кислород имеется в достаточном количестве, и все трофические уровни приходят в равновесие. Это ситуация, типичная для рек с быстрым течением. Крупные озёра, в которых соблюдаются такие условия, представляют собой особую ценность как резервуары чистой пресной воды. К ним относятся, прежде всего, Байкал, а также Ладожское и Онежское озера.
Большинство водных экосистем обладают огромным запасом устойчивости и высокой способностью к самоочищению. Однако уровень антропогенных воздействий, которым они подвергаются, непомерно высок.
Для пресноводных водоёмов большую опасность представляет собой смыв удобрений с окружающих водоём полей и попадание неочищенных фекальных вод от скотоферм. При слабом перемешивании и избытке питательных веществ масса фитопланктона быстро растёт. Одновременно растёт и численность консументов — зоопланктона и рыб, потребляющих кислород, а также скорость окисления органических остатков бактериями. В результате возникает дефицит кислорода, ограничивающий численность консументов. Водоём зарастает синезелёными водорослями. Такая сукцессия называется эвтрофикацией. При особо крупных масштабах загрязнения эвтрофикация может угрожать даже таким большим водоёмам, как Балтийское морс.
Особая роль в очистке воды принадлежит двустворчатым фильтрующим моллюскам. Именно они очищают воду от избытка органических загрязнителей, попадающих в водоёмы со сточными водами. При попадании в воду токсичных веществ моллюски первые «принимают удар на себя» и погибают, после чего экосистема теряет способность к самоочищению от органических загрязнений. Поэтому эффект от совместного и одновременного загрязнения водоёмов и рек органическими и токсичными веществами оказывается гораздо худшим, чем просто сумма этих воздействий (синэргетический эффект).
Другая грозная опасность — загрязнение воды нефтепродуктами. Образуемая ими маслянистая мономолекулярная пленка на поверхности волы препятствует газообмену между водой и атмосферой и, прежде всего, поступлению в воду кислорода и углекислого газа. Эта опасность угрожает не только пресноводным, но и морским акваториям. Достаточно заметить, что разлитие одной тонны нефтепродуктов приводит к 100%-ному загрязнению нескольких квадратных километров водной поверхности. Отсюда ясно, почему аварии крупных нефтеналивных танкеров, перевозящих до 100 тысяч тонн нефти, ведут к тяжелым экологическим катастрофам. Не меньшую опасность представляет собой массовое рутинное загрязнение водоёмов от сброса отработанных масел, промывки нефтеналивных ёмкостей и тому подобных действий, которые безусловно должны рассматриваться как серьёзное правонарушение.