Главная

Популярная публикация

Научная публикация

Случайная публикация

Обратная связь

ТОР 5 статей:

Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия

Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века

Ценовые и неценовые факторы

Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка

Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы

КАТЕГОРИИ:






ГИДРОБИОЛОГИЯ И ВОДНАЯ ЭКОЛОГИЯ 1 страница




ОГЛАВЛЕНИЕ

Предисловие.................................................................................................................................... 7

ОБЗОР ГИДРОБИОЛОГИИ И ВОДНОЙ ЭКОЛОГИИ......................................................... 10

1 Гидробиология и водная экология, их место в системе естественных наук................ 10

2 Предмет, цель, задачи, методы исследований гидробиологии и водной экологии.... 11

3 Основные направления гидробиологии и водной экологии............................................ 14

4 История возникновения гидробиологии.............................................................................. 16

ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ.............................................................................. 18

5 Основы терминологии.............................................................................................................. 18

5.1 Водотоки и водоемы............................................................................................. 18

5.2 Вертикальное и горизонтальное деление водоемов..................................... 18

5.3 Пруди озеро, ручей и река.................................................................................. 19

5.4 Классификация гидробионтов по биотопам.................................................... 20

6 Разнообразие и классификации озер..................................................................................... 29

6.1 Гидросфера............................................................................................................. 29

6.1 Разнообразие озер................................................................................................. 33

6.2 Генетические классификации озер.................................................................... 36

7 Температурная стратификация озер...................................................................................... 49

7.1 Сезонные изменения стратификации и роль в годовой динамике
гидробиоценозов...................................................................................................................... 49

7.2 Классификации озер, основанные на стратификации................................... 51

8 Компоненты водных экосистем.............................................................................................. 55

8.1 Особенности водных сообществ по сравнению с наземными.................... 56

8.2 Процессы жизнедеятельности гидробионтов................................................. 58

ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ.............................................................. 59

9 Продукция в водных экосистемах......................................................................................... 59

10 Специфика водных экосистем циклического, транзитного и каскадного типов....... 60

11 Пример сезонной динамики водного сообщества........................................................... 62

12 Биологическая классификация озер................................................................................... 69

13 Комплексная классификация озер...................................................................................... 71

14 Модель экологической сукцессии в водоемах................................................................. 74


15 Влияние биогенов на лимитацию первичной продукции в водной экосистеме........ 75

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ............................................................................... 76

16 Антропогенное эвтрофирование: причины и контроль.................................................. 76

16.1 Агенты эвтрофирования..................................................................................... 76

16.2 Стадии эвтрофирования..................................................................................... 77

16.3 Хозяйственные последствия эвтрофирования.............................................. 77

16.4 Борьба с эвтрофированием................................................................................ 78

17 Загрязнение бытовыми сточными водами......................................................................... 79

Последствия загрязнения бытовыми сточными водами.......................................... 80

18 Загрязнение водной среды углеводородами..................................................................... 83

18.1 Нефтепродукты.................................................................................................... 83

Источники загрязнения................................................................................................... 84

Состав нефтяных загрязнений....................................................................................... 87

Формы нефтяных загрязнений...................................................................................... 87

Континентальные воды................................................................................................... 88

Воздействие нефтепродуктов на водные экосистемы.............................................. 88

18.2 Полициклические ароматические соединения............................................. 89

Источники бенз(а)пирена............................................................................................... 89

Бенз(а)пирен в воде......................................................................................................... 90

Бенз(а)пирен в донных отложениях............................................................................ 90

Бенз(а)пирен в планктонных организмах................................................................... 91

Бенз(а)пирен в бентосных организмах....................................................................... 91

Разложение бенз(а)пирена морскими микроорганизмами..................................... 92

Последствия загрязнения бенз(а)пиреном................................................................. 92

19 Консервативные токсиканты в водных экосистемах....................................................... 92

19.1 Загрязнение вод металлами.............................................................................. 93

Токсичность тяжелых металлов................................................................................... 96

Мышьяк.......................................................................................................................... 97

Свинец............................................................................................................................ 97

Ртуть................................................................................................................................ 98

Кадмий............................................................................................................................ 99

19.2 Синтетические органические вещества....................................................... 100

Хлорированные углеводороды............................................................................... 100

19.3 Пестициды........................................................................................................... 104

ДДТ................................................................................................................................... 105

Поступление пестицидов в гидросферу и его последствия................................. 106

19.4 Cинтетические поверхностно-активные вещества.................................... 109

20 Проблема повышения кислотности вод........................................................................... 111

20.1 Источники и распространение....................................................................... 112

Антропогенные выбросы окислов серы и азота...................................................... 112

20.2 Действие кислотных осадков на окружающую среду.............................. 113


Чувствительность водоемов к повышению кислотности...................................... 113

Буферная емкость озер, рекиболот............................................................................ 114

Действие закисления на водную биоту..................................................................... 115

20.3 Борьба с закислением...................................................................................... 115

Перспективы.................................................................................................................... 116

Заключение.................................................................................................................................. 117

Рекомендуемая литература...................................................................................................... 126

Основная...................................................................................................................... 126

Дополнительная......................................................................................................... 127

Для углубленного изучения курса........................................................................ 129

РЕСУРСЫ ИНТЕРНЕТ.............................................................................................. 134


Памяти моего Учителя - гидробиолога Ольги Михайловны Кожовой (1931-2000), профессора, доктора биологических наук, Заслуженного деятеля науки Российской Федерации


«Гидробиология - наука о жизни в водоемах, исследующая закономерности существования популяций водных организмов и биотических сообществ (биоценозов) в их неразрывной связи со средой обитания (биотопом) и служащая теоретической основой сохранения и обеспечения воспроизводства биологических ресурсов гидросферы. Исходя из этого определения, основным объектом гидробиологии как науки следует считать водные экологические системы, т. е. структурно-организованные системы, в которых биотические и абиотические элементы связаны функционально в единое целое на базе круговорота веществ и трансформации потока энергии. Основным методом современной гидробиологии как науки является системный анализ структуры, функции и связей популяций и биоценозов между собой и с факторами среды обитания. Он строится на количественной основе с целью выявления закономерностей, позволяющих управлять структурой и функционированием элементов гидросферы» (Кожова, 1987, стр. 29).

ПРЕДИСЛОВИЕ

Автор взял на себя смелость предложить на суд учащейся молодежи и их преподавателей настоящее пособие, скорее от отчаяния, нежели желая прославиться, как автор учебного пособия по гидробиологии. Уже 20 лет в нашей стране не появлялось учебников и учебных пособий по нашей дисциплине. Последние известные мне отечественные учебники (Константинов, 1986, Кожова, 1987) вышли в свет поколение назад, причем один из них сразу стал библиографической редкостью, а второй достаточно специфичен и адресован в первую очередь студентам-биологам. С лимнологией еще хуже - единственное пособие по ней (Хатчинсон, 1969) - перевод фундаментального труда, вышедшего в оригинале в 1957 г., изданный у нас 4 десятилетия тому назад. Классические работы А.Ф. Алимова (1989, 2000) - все-таки, в большей степени монографии и рассчитаны на специалистов, а не на студентов. Некоторую надежду вселяет появление в последнее время учебных пособий по отдельным специальным гидробиологическим дисциплинам (например, Садчиков, 2004) и справочных изданий, таких как словари (Гольд, 2004, Зданович, 2004). Тем не менее, потребность в обзорном общем курсе, пусть не всеобъемлющем и неизбежно неполном, остается.


Автор тешит себя надеждой, что опыт двадцати лет практической работы в гидробиологии: полевая работа, эксперименты с мезокосмами и микрокосмами1, математическое моделирование водных экосистем, анализ рядов долговременных наблюдений, на разных водоемах (озера Байкал и Ньяса, Братское водохранилище, небольшие водоемы в Дании и Корее) дают ему право предложить читателям свой вариант учебного пособия по гидробиологии и водной экологии. Дополнительную уверенность в своих силах вселяют опыт стажировки под руководством профессора С. Э. Йоргенсена в Копенгагене и, особенно, многолетняя работа под руководством О. М. Кожовой. Должен сразу признаться, что никогда сам не слушал курса гидробиологии, кроме отдельных обзорных лекций профессоров О. М. Кожовой, С. Э. Йоргенсена, А. Гнаука, М. Страшкраба, Р. Де Бернарди, Х. Г. Тундизи, Пу Пеймина, С. Мацуи. Настоящее учебное пособие постепенно сложилось из отдельных курсов лекций, которые мне довелось читать в Королевском Университете Фармакологии (Копенгаген, Дания), Университете Пэ Джэ (Тэджон, Республика Корея). Большой вклад в работу над пособием внесли студенты гидрологи и природопользователи географического факультета Иркутского государственного университета, которым я преподавал гидробиологию с 2003 г. по 2007 г. и которым я признателен за их интерес к этой науке и неожиданные вопросы.

Данное учебное пособие являются вводным по курсам «Гидробиология и водная экология» и «Гидробиология» для студентов очной и заочной форм обучения специальностям «Биология», «Экология», «Гидрология» и «Природопользование», хотя автор надеется, что оно может оказаться полезным и для студентов, обучающихся на других факультетах по специальностям «Геоэкология» и «Биоэкология». Цели, которые преследовал, в частности, автор при подготовке данного пособия, - вкратце обрисовать предмет гидробиологии, ее связи с другими науками, методы, цели и задачи; ввести студента в историю гидробиологии. Одной из главных задач было - познакомить с терминологией, принятой в этой дисциплине, поскольку гидрологи и гидробиологи зачастую одними терминами обозначают разные объекты и явления, а многие термины (особенно биологические) - совсем неизвестны гидрологам. Кроме того, при изучении гидробиологии обидно мало внимания уделяется ее «физической основе» - самим водоемам, которые должны бы изучаться в курсе «Лимнология», но который далеко не всегда сопутствует курсу гидробиологии. Поэтому в учебном пособии достаточно

1 Микрокосмы - лабораторные установки, например - аквариумы, мезокосмы - полевые установки. В моем


9 подробно рассматриваются стратификация озер и ее сезонный ход для водоемов пояса

умеренного климата. Описаны существующие на настоящее время классификации озер -генетическая (по происхождению), классификации, основанные на особенностях стратификации разных озер, биологическая классификация водоемов по трофическому статусу и классификация вод по сапробности. Кратко рассмотрены компоненты водных экосистем и главные процессы жизнедеятельности гидробионтов. Особое внимание уделено функционированию водных экосистем: процессам продукции и деструкции, их особенностям в экосистемах разного типа, экологической сукцессии гидробиоценозов, эвтрофированию, загрязнению и самоочищению водоемов и водотоков. Насколько автору удалось справиться с поставленными задачами - решать читателям, а я всегда буду рад получить замечания и отзывы по адресу eugenesilow@hotmail.com. Для успешного усвоения материала курса студенты должны предварительно знать основы химии, физики, общей биологии и общей экологии.

случае это были полиэтиленовые мешки объемом 2 м3, экспонировавшиеся в озере.


10 I ОБЗОР ГИДРОБИОЛОГИИ И ВОДНОЙ ЭКОЛОГИИ

1 ГИДРОБИОЛОГИЯ И ВОДНАЯ ЭКОЛОГИЯ, ИХ МЕСТО В СИСТЕМЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ НАУК

Биосфера нашей планеты существует в виде живых организмов и продуктов их жизнедеятельности в газообразной оболочке Земли - атмосфере, твердой - литосфере и жидкой - гидросфере. Наиболее широкой ареной жизни является гидросфера. Если общая площадь поверхности планеты 510-10 км2, то 362-10 км2 (более 70,5%) занимает водное зеркало. На самом деле гидросфера обширнее. В нее входят и ледники, покрывающие 16,3-106км2 (11% суши), озера и реки, занимающие 2,3-106км2 (1,7% суши), болота и водно-болотные угодья - 3-10 км2 (2 % суши). Таким образом, постоянно покрыты водой 380-10 км2, т.е. 75 % поверхности планеты. Во время зимы в Северном полушарии снег покрывает дополнительно 59-106км2, и площадь гидросферы составляет 439-106км2' т.е. 86 % поверхности Земли.

Предложено и предлагается много определений гидробиологии. Представляется наиболее корректным следующее: гидробиология - наука о надорганизменных формах организации жизни, изучающая структуру и функционирование водных экосистем. Данное определение охватывает изучение отдельных водных организмов (гидробионтов), их популяций и сообществ, взаимодействий между ними и с неживой природой.

Водная экология (гидроэкология, экология гидросферы) часть геоэкологии, изучающая водные экосистемы как совокупность трех взаимодействующих компонентов: водной среды, водных организмов и деятельности человека.

Гидробиология и водная экология тесно связаны, прежде всего, с науками о гидросфере - гидрохимией, гидрофизикой, гидрологией.

Гидрохимия — часть геохимии, изучающая химический состав естественных вод и протекающие в них химические реакции. Гидрофизика — часть геофизики, исследующая физические свойства природных вод и протекающие в них физические процессы. Гидрология - часть географии, изучающая природные воды, закономерности круговорота воды в природе.

Близка гидробиология и к таким географическим дисциплинам, как океанология и лимнология.


Океанология — наука о Мировом океане (т. е. совокупности океанов и морей земного шара) и процессах, протекающих в нем.

Лимнология2 (или озероведение) изучает воды замедленного стока поверхности суши. Кроме того, в гидрологии суши можно выделить еще науку о водотоках (потамология3), ледниках (гляциология).

Лимноэкология - часть гидроэкологии, изучающая структуру и функционирование экологических систем поверхностных пресных вод суши (озер, водохранилищ, рек).

Гидробиология связана и с рядом биологических дисциплин (зоологией, ботаникой, микробиологией).

Естественно, являясь дисциплинами биологическими и географическими, гидробиология и водная экология, тем не менее, в первую очередь, теснейшим образом связаны с экологией, частями которой они являются. Следует отметить, что именно водная экология является одной из самых успешно развивающихся частей экологии.

2 ПРЕДМЕТ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ГИДРОБИОЛОГИИ И ВОДНОЙ ЭКОЛОГИИ

Предметом исследований гидробиологии являются экологические процессы в водной среде, т. е. процессы взаимодействия гидробионтов, их популяций и сообществ между собой и с абиотическими компонентами водных экосистем. Водная экология исследует, кроме того, и воздействие человека на эти процессы.

Цель гидробиологии может быть определена как понимание экологических процессов, происходящих в водной среде. Управление этими процессами с целью оптимизации использования водных ресурсов может считаться целью водной экологии.

Основной задачей гидробиологии является изучение экологических процессов в гидросфере, тогда как применение их в интересах освоения гидросферы и оптимизации взаимодействия человеческого общества с водными экосистемами - основная задача водной экологии.

Главная теоретическая задача гидробиологии: изучение общих внутренних закономерностей структурно-функциональной организации водных экосистем, которые и определяют круговорот вещества и поток энергии в них, а водной экологии: исследование

2 От лимнос (греч.) - озеро.

3 От потамос (греч.) - река.


зависимостей круговоротов вещества и потоков энергии от факторов внешней среды, в том числе и антропогенных.

Конкретные практические задачи гидробиологии и водной экологии:

1. Повышение биологической продуктивности водоемов для получения из них
наибольшего количества биологического сырья.

2. Разработка биологических основ обеспечения людей чистой водой, в том числе
оптимизация функционирования экосистем, создаваемых для промышленной
очистки питьевых и сточных вод.

3. Экспертная оценка экологических последствий зарегулирования, перераспределения
и переброски стока рек, антропогенного изменения гидрологического режима озер и
морей.

4. Оценка вновь создаваемых промышленных, сельскохозяйственных и других
предприятий для водных экосистем с целью охраны последних от недопустимых
повреждений.

5. Мониторинг состояния водных экосистем.

Главным методом гидробиологии, как и остальных экологических дисциплин, является системный подход, т.е. рассмотрение экосистемы как целого, и количественный учет протекающих в ней потоков энергии, вещества и информации. Следовательно, гидробиология всегда оперирует величинами численности организмов, их биомассы и продукции.

Для количественного учета используют различные орудия и приборы как специфически гидробиологические - планктонные сети (рис. 1), дночерпатели (рис. 2), драги, планктоночерпатели, батометры (рис. 3) различных конструкций, так и многие приборы, заимствованные из арсеналов гидрохимии, гидрофизики, гидрологии. В последнее время часто используются погружные и дистанционные биофизические приборы.

4 Продукция - прирост массы организмов (в единице объема воды, под единицей площади водоема, на единице площади его дна) в единицу измерения времени.



Рис. 1. Гидробиологические орудия.

Планктонная сеть Джеди для

количественного сбора зоопланктона: 1 - в

открытом, 2 - в закрытом состоянии, 3 -

замыкатель сети, 4 - скребок для сбора

бентоса, 5 - сачок



 





 


Рис. 2. Гидробиологические орудия. Дночерпатели для количественного сбора бентоса: 1 - Экмана-Берджа, 2 - Петерсена, 3 - Петерсенадляколичественного модифицированный





 


1 2

Рис. 3. Гидробиологические орудия. Батометр Ван Дорна для количественного сбора фито- и бактериопланктона с разных глубинных горизонтов: 1 - в открытом и 2 - в

закрытом виде

3 ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ И ВОДНОЙ

ЭКОЛОГИИ

Общая гидробиология изучает экологические процессы в водоемах и водотоках. В ней выделяются:

• системная гидробиология;

• трофологическая гидробиология;

• энергетическая гидробиология;

• этологическая гидробиология;

• палеогидробиология;

• бентология;

• планктология.

Системная гидробиология - приложение общей теории систем и ее методов в водной экологии. Она занимается общими проблемами организации биосистем в гидросфере, их поведением, самоорганизацией и самоуправлением, моделированием водных биосистем, прогнозом их состояния при различных внешних воздействиях.


По изучаемым процессам различаются трофологическая5 гидробиология - пищевые связи, биологическая трансформация веществ, энергетическая гидробиология - поток энергии, ее биологическая трансформация, этологическая гидробиология - поведение гидробионтов, палеогидробиология — исторические изменения водных экосистем.

По локализации изучаемых процессов в общей гидробиологии можно выделить бентологию и планктологию. Первая занимается экологическими процессами, проходящими на дне водоемов и водотоков, вторая - в толще вод.

Частная гидробиология изучает специфику экологии водных объектов разного типа. Выделяют гидробиологию морей, озер, прудов, болот, луж, временных и пересыхающих водоемов и др. То же происходит и для водотоков: гидробиология рек различных типов, ручьев. Кроме того, существует гидробиология подземных и пещерных вод, гидробиологии полярных и тропических водоемов, водоемов умеренного пояса и субтропических.

Водная экология, изучающая взаимодействие водных экосистем и человеческой деятельности тесно смыкается с прикладной гидробиологией. Последняя, как это следует из самого её названия, занимается прикладными приложениями результатов общей или теоретической гидробиологии. В нее входят:

Продукционная гидробиология, изучающая биологические основы продуктивности
водоемов (например, повышения вылова рыбы, урожая морепродуктов и т.п.).

Санитарная гидробиология, занимающаяся решением проблем чистой воды,
самоочищения водоемов.

Медицинская гидробиология, исследующая происхождение и распространение
болезней, связанных с водой (в первую очередь - инфекционных). Ее подразделом
является гидропаразитология, разрабатывающая методы борьбы с паразитическими
животными, обитающими в водоемах, в том числе личиночными стадиями
паразитов.

Токсикологическая гидробиология или водная токсикология, изучающая
возможность вреда продуктов техногенеза для водных объектов, в частности,
влияние токсикантов на гидробионтов и экосистемные процессы.

5 От трофос (греч.) - пища.


Радиологическая гидробиология, решающая вопросы, связанные с поступлением в
водоемы радионуклидов, влиянием их на гидробионтов, накоплением их в
трофических цепях.

Техническая гидробиология, изучающая биологические явления, представляющие
опасность для техники, контактирующей с водой (биокоррозия, обрастания и т.п.).
Частным случаем ее можно считать навигационную гидробиологию, которая
исследует водные биологические процессы, препятствующие судоходству.

4 ИСТОРИЯ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ГИДРОБИОЛОГИИ

Еще до возникновения гидробиологии, как науки, началось накопление фактов, составляющих ее научный багаж. Можно отметить следующие заметные события этого процесса:

• 1650 г. Варениус выделил четыре типа озер по присутствию или отсутствию
притоков и поверхностного стока.

• 1674 г. ван Левенгук описал микроскопическую водоросль спирогиру, некоторые
особенности динамики водорослей в озерах, влияние на нее ветра.

• 1780 г. Соссюр описал тепловую стратификацию озер6.

• 1810г. Лесли изучил формирование физической структуры водного тела некоторых
шотландских озер под воздействием поступления света и тепла, ветра, температуры
воды.

• 1819 г. Де ла Беш описал металимнион (термоклин)7 в Женевском озере.

• 1826 г. Де Кандолль выполнил первое научное описание цветения водорослей в
озере.

• 1845 г. Мюллер описал планктон.

Начиная с середины XIX в., гидробиология начинает оформляться в самостоятельную науку. Ничто не происходит само по себе и, естественно, науки о жизни вод потребовали какие-то практические потребности человечества. Первая из них - забота о хлебе насущном. Иллюзия неиссякаемости рога изобилия, - промысла продуктов океана, - рассеялась: произошло снижение объема добычи устриц и мидий, уловы рыбы

6 Тепловая или температурная стратификация основана на аномальном свойстве воды - наличии максимума плотности при 4°С. Благодаря этому вода с температурой как выше, так и ниже этой, занимает вышележащие слои водного тела, а вода с температурой максимальной плотности - нижние.






Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:

vikidalka.ru - 2015-2024 год. Все права принадлежат их авторам! Нарушение авторских прав | Нарушение персональных данных