WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |

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 510·106 км2, то 362·106 км2 (более 70,5%) занимает водное зеркало. На самом деле гидросфера обширнее. В нее входят и ледники, покрывающие 16,3·106 км2 (11 % суши), озера и реки, занимающие 2,3·106 км2 (1,7 % суши), болота и водно-болотные угодья – 3·106 км2 (2 % суши). Таким образом, постоянно покрыты водой 380·106 км2, т.е. 75 % поверхности планеты. Во время зимы в Северном полушарии снег покрывает дополнительно 59·106 км2, и площадь гидросферы составляет 439·106 км2, 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 От лимнос (греч.) – озеро.

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 продукции4.

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.



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

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 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.





уменьшились, китобойный промысел стал сокращаться. Возникла необходимость реально оценивать запасы объектов промысла, особенности их воспроизводства и возможность искусственного разведения. Вторая – опасность жажды. Угроза загрязнения источников питьевой воды – пресных водоемов из-за развития промышленности, сельского хозяйства, транспорта, роста населения стала реальной. Мыслящая часть человечества постепенно осознала, что без знания механизмов самоочищения природных вод цивилизация рискует остаться без пригодной для питья воды.

Начинаются планомерные работы, которые с полным правом уже можно назвать гидробиологическими. Московское общество любителей естествознания в 1867 г.

организует планомерное изучение подмосковных озер. В 1872 г. образуются первые морские биологические станции: в Севастополе, основанная А. О. Ковалевским (ныне – Институт биологии Южных морей НАН Украины), и в Неаполе, основанная А. Дорном.

Морская биологическая станция на Атлантическом побережье США основывается А. Агассизом в 1876 г. в Ньюпорте. Возникают и биологические станции для изучения пресных водоемов. В 1880 г. в Богемии (Чехия) А. Фриген создал станцию на Почерницком пруду; в 1892 г. в Германии О. Захариас – на оз. Плён (ныне Макс-Планк Институт Лимнологии); в 1891 г. в России на оз. Глубокое, затем в 1896 г. на оз. Бологовском. Наступает очередь водотоков: в 1894 г. – на р. Иллинойс в США, в 1900 г.

– на р. Волге в Саратове. На оз. Байкал первая биологическая станция была создана в г. в пос. Большие Коты. Байкальская экспедиция АН СССР начала работу на Байкале с 1925, в 1931 г. была основана Лимнологическая станция АН СССР в пос. Маритуй, позже переведенная в пос. Лиственничное. Ныне это – Лимнологический институт СО РАН.

Возникает гидробиологическая аппаратура. Создаются устройства для количественного учета гидробионтов. В. Гензен в 1887 г. изобретает орудие лова планктона – специальную коническую сеть из мелкоячеистого шелкового сита («газа»).

Й. Петерсен разрабатывает дночерпатель для количественного сбора обитателей дна.

Наука рождается окончательно, когда издаются первые обобщающие монографии и учебники. Такими для гидробиологии и лимнологии стали книги Ф. А. Фореля: «Le Leman.

Monographie limnologique», 1893–1901 (в 3-х томах) и «Handbuch der Seenkunde. Allgemeine Limnologie», 1901.

Металимнион, термоклин или слой температурного скачка отделяет слой воды с температурой максимальной плотности от лежащих выше слоев.

II ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДНЫХ ЭКОСИСТЕМ 5 ОСНОВЫ ТЕРМИНОЛОГИИ 5.1 ВОДОТОКИ И ВОДОЕМЫ «Текучие воды» (ручьи и реки) называют лотическими8, а «стоячие воды», т.е.

водоемы замедленного водообмена – лентическими9. Иногда эти термины применяют и для характеристик участков рек с разной скоростью течения. Участки реки с быстрым течением называют лотическими, с медленным – лентическими.

Можно перечислить множество основных отличий водотоков от водоемов. С точки зрения гидробиологии главными являются следующие:

• Течение в реках относительно быстрое и направленное, тогда как в озерах медленное и ненаправленное.

• Уровень воды в реках, как правило, более изменчив, чем в озерах.

• Условия существования гидробионтов в реках сильнее зависят от воздействия водосборного бассейна, чем в озерах.

• Озера характеризуются вертикальным градиентом, то есть условия существования гидробионтов в них изменяются от поверхности к дну, тогда как в реках практически никогда не наблюдается вертикального градиента.

• В реках наблюдается изменение условий (температура воды, скорость течения, гидрохимические показатели и др.) от истока к устью.

5.2 ВЕРТИКАЛЬНОЕ И ГОРИЗОНТАЛЬНОЕ ДЕЛЕНИЕ ВОДОЕМОВ Литоральная зона – зона, где свет достигает дна озера (рис. 4), но у многих авторов литораль это прибрежная зона озера, характеризующаяся мелководностью и воздействием волнения, сублитораль – зона, простирающаяся до нижней границы распространения донной растительности (для гидробиологов) или подводный откос (для гидрологов). Профундаль это остальная площадь дна озера.

Ряд авторов называет литоральной зону, расположенную между нижним и верхним пределами колебаний уровня воды в озере. Иногда ее называют эулитораль. Еще можно встретить: эпилитораль (не контактирующая с водой) и супралитораль (зона брызг).

От лотус (греч.) – омывать.

От ленис (греч.) – успокаивать.

Можно встретить и термины инфралитораль: верхняя – населенная полупогруженными водными растениями, средняя – укорененные водные растения с плавающими по поверхности листьями, нижняя – укорененные погруженные растения; литопрофундаль – населенная фотосинтезирующими водорослями.

Свет Литораль Пелагиаль Фотическая зона Афотическая зона Рис. 4. Принятое в гидробиологии разбиение озера на слои и зоны Пелагическая10 зона – зона, где свет не достигает дна озера. В большинстве озер можно выделить подводную террасу, характеризующуюся постепенным понижением дна, и свал с более крутым углом понижения, переходящий в котел, который занимает большую часть озерного дна.

Фотическим слоем или зоной называется область, освещаемая лучами солнца, афотическим – неосвещаемая. Нижняя граница фотической зоны проходит на глубине, которую достигает 1 % света с поверхности.

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 14 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.