В зависимости от природных и климатических условий можно выделить три группы и ряд типов природных экосистем (биомов) .В основе классификации для наземных экосистем лежит тип естественной (исходной) растительности, для водных экосистем – гидрологические и физические особенности.

Наземные экосистемы:

Размещение по земной поверхности основных наземных биомов определяют два абиотических фактора – температура и количество осадков. Климат в разных районах земного шара неодинаков. Годовая сумма осадков меняется от 0 до 2500 мм и более. В связи с неравномерностью выпадения осадков различают влажные – гумидные (до 2000 мм/год) и засушливые (менее 250 мм/год) – аридные зоны; умеренные зоны расположены там, где выпадает промежуточное количество осадков (250–750 мм/год). При этом они выпадают равномерно в течение года или их основная доля приходится на определенный период – влажный сезон. Среднегодовая температура также варьирует от отрицательных величин до 38° С. Температуры могут быть практически постоянными в течение всего года (у экватора) или меняться по сезонам.

1. Тундры (в северном полушарии к северу от тайги). Климат очень холодный с полярным днем и полярной ночью, среднегодовая температура ниже 0° С. За несколько недель короткого лета земля оттаивает не более чем на один метр в глубину. Осадков менее 200-300 мм в год. Растительность: отсутствуют деревья, господствуют медленно растущие лишайники, мхи, травы (злаки и осоки), стелющиеся или карликовые кустарнички (брусника, черника) и кустарники (карликовая береза). Животный мир небогат, встречаются крупные травоядные копытные – северный олень (Евразия) и карибу (Северная Америка), мелкие роющие млекопитающие (лемминги), хищники (песец, горностай, ласка). Среди птиц преобладают полярная сова, ржанка, пуночка. Среди насекомых обильны двукрылые. Почвы тундровые – бедные с малой мощностью над слоем вечной мерзлоты. Очень ранимые экосистемы из-за медленного их восстановления.

2. Бореальные хвойные леса (тайга) (северные районы Евразии и Северной Америки). Климат: долгая и холодная зима, много осадков выпадает в виде снега. Растительность: господствуют вечнозеленые хвойные леса (ель, пихта, сибирская кедровая сосна, сосна обыкновенная, лиственницы) с мощной лесной подстилкой. Животный мир: крупные травоядные копытные (лось), мелкие растительноядные млекопитающие (барсук, белка, бурундук), хищники (медведь, рысь, росомаха, соболь, лисица, волк, норка), обилен гнус. Характерно множество болот и озер. Почвы подзолистые, дерново-подзолистые, мерзлотно-таежные – маломощные и бедные.

3. Листопадные леса умеренной зоны (широколиственные леса) (Западная Европа, Восточная Азия, восток США). Климат сезонный с зимними температурами ниже 0° С, осадков 750–1500 мм в год. Растительность: господствуют широколиственные листопадные породы деревьев (дуб, бук, клен, липа, ясень, граб), кустарниковый подлесок, мощная лесная подстилка. Животный мир: млекопитающие (лоси, медведи, рыси, лисицы, волки, белки, землеройки), птицы (дятлы, дрозды, совы, соколы). Биота адаптирована к сезонному климату: спячка, миграции, состояние покоя в зимние месяцы. Почвы бурые и серые лесные. В этих районах человеческая цивилизация получила наибольшее развитие, поэтому большая часть широколиственных лесов заменена культурными сообществами.

4. Степи умеренной зоны (в Евразии) и их аналоги: прерии (в Северной Америки), пампасы (в Южной Америки), туссоки (в Новой Зеландии). Климат сезонный, лето от умеренного теплого до жаркого, зимние температуры ниже 0° С, осадков 250–750 мм в год. Растительность: господствуют дерновинные злаки высотой до 2 м и выше в некоторых прериях Северной Америки или до 50 см, например, в степях России, с отдельными деревьями и кустарниками на влажных участках. Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие – бизоны, вилорогие антилопы (Северная Америка), сайгаки, а ранее дикие лошади – тарпан (Евразия), кенгуру (Австралия), жирафы, зебры, белые носороги, антилопы (Африка); мелкие роющие млекопитающие (суслики, сурки, полевки, кролики), хищники (волки, койоты, львы, леопарды, гепарды, гиены), разнообразные птицы. Почвы: черноземы (самые плодородные почвы в мире) и каштановые. Большая часть степей в настоящее время используется под пашню, пастбища, сенокосы и т.д.

5. Чапараль (Средиземноморье, южный берег Австралии, в Калифорнии, Мексике и Грузии). Климат мягкий умеренный (средиземноморский – дождливая зима и засушливое лето), осадков 500-700 мм. Растительность: деревья и кустарники с жесткими вечнозелеными листьями (лавр, дуб, мирт, олеандр, можжевельник, дикая фисташка). Почвы коричневые и серо-коричневые.

6. Тропический грасленд и саванны (Центральная и Восточная Африка, Южная Америка, Австралия, значительная часть Южной Индии). Климат сухой и жаркий большую часть года, температура высокая круглый год, осадков 250–750 мм в год, распределяются неравномерно по сезонам (влажный и сухой сезоны). Растительность: травянистая растительность (злаковые) с редкими листопадными деревьями (баобабы, акации, пальмы). Животный мир: крупные растительноядные млекопитающие (антилопы, зебры, жирафы, носороги, слоны), хищники (львы, леопарды, гепарды), птицы (африканский страус, грифы). Много кровососущих насекомых, например, муха цеце. Почвы красные ферраллитные, красно-бурые и коричнево-красные. На распаханных землях выращивают злаковые, хлопчатник, арахис, сахарный тростник.

7. Пустыни травянистая и кустарниковая (некоторые районы Африки, например Сахара, Ближнего Востока и Центральной Азии, Большой Бассейн и юго-запад США, север Мексики и др.). Климат очень сухой, с жарким днем и холодными ночами, осадков менее 200–250 мм в год. Растительность: ксерофитные травы и редкостойный кустарник, кактусы, множество эфемеров, быстро развивающихся после непродолжительных дождей. Корневые системы у растений обширные, поверхностные, перехватывающие влагу редких осадков или стержневые корни, проникающие в землю до уровня грунтовых вод (30 м и глубже). Животный мир: разнообразные грызуны (тушканчики, суслики), копытные (куланы, джейран, вилорогая антилопа), хищники (волк, койот, корсак). Из птиц саджа, рябки, жаворонки. Много пресмыкающиеся, насекомых и паукообразных. Почвы светло-бурые, сероземы. Экосистемы хрупкие, легко нарушаются в результате перевыпаса, ветровой и водной эрозии.

8. Полувечнозеленые сезонные листопадные тропические леса (тропическая часть Азии, Центральная Америка). Климат со сменой сухого (4–6 месяцев) и влажного сезонов, среднегодовое количество осадков 800–1300 мм в год. Растительность: господствуют леса. Доминируют деревья верхнего яруса, сбрасывающие листья в сухой сезон. Нижний ярус образуют в основном вечнозеленые деревья и кустарники. Много лиан и эпифитов. Животный мир: практически так же богат, как в вечнозеленых тропических дождевых лесах. Характерны слоны, жирафы, буйволы. Почвы красные ферраллитные.

9. Вечнозеленые тропические дождевые леса (север Южной Америки, Центральная Америка, западная и центральная части экваториальной Африки, Юго-Восточная Азия, прибрежные районы северо-запада Австралии, острова Индийского и Тихого океанов). Климат без смены сезонов в связи с близостью к экватору, среднегодовая температура выше 17°С (обычно 28° С), среднегодовое количество осадков превышает 2000–2500 мм в год. Растительность. Деревья разной высоты образуют густой полог из многих ярусов (выделяют до 10–12 ярусов). Кустарники отсутствуют, травяной покров беден. На стволах и ветвях деревьев развиваются растения-эпифиты, корни которых не достигают почвы, и деревянистые лианы, укореняющиеся в почве и взбирающиеся по деревьям до их вершин. Видовое разнообразие растений огромно. Животный мир по видовому составу богаче, чем во всех других биомах вместе взятых: млекопитающие (обезьяны, ленивцы, ягуары), птицы (попугаи, колибри, туканы). Встречаются многочисленные пресмыкающиеся, земноводные, насекомые с яркой окраской. Почвы красно-желтые ферраллитные – маломощные и бедные органическим веществом и минеральными элементами питания растений. Большая часть питательных веществ закреплена в биомассе растительности. При сведении тропических лесов под пашню почвы теряют плодородие за 2–3 года.

Пресноводные экосистемы:

Распределение организмов в водных экосистемах зависит от степени освещенности. Выделяются следующие зоны: литоральная зона (толща воды, где солнечный свет доходит до дна), лимническая зона (толща воды до глубины, куда проникает всего 1% от солнечного света и где затухает фотосинтез), эвфотическая зона (вся освещенная толща воды – включает литоральную и лимническую зоны), профундалъная зона (дно и, толща воды, куда не проникает солнечный свет). В проточных водоемах выделяют перекаты (мелководные участки с быстрым течением: дно без ила, встречаются преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса) и плесы (глубоководные участки: течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные). По количеству проникающего света водоемы подразделяют на две горизонтальные зоны: верхнюю или эфотичесую (до 100–200 м) и нижнюю, простирающуюся до больших глубин – афотическую , где света для фотосинтеза недостаточно.

1. Лентические экосистемы (озера, пруды, водохранилища и др.). Литоральная зона населена двумя группами растений: укрепившиеся в дне (камыши, рогозы, кувшинки, прикрепленные водоросли и др.) и плавающие (водоросли, рдесты и др.). Животные в литорали более разнообразны, чем в других зонах водоема. Встречаются моллюски, коловратки, мшанки, личинки насекомых и др. Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Многие обитающие здесь животные дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.). Лимническая зона. Продуценты представлены фитопланктоном. В водоемах умеренного пояса «цветение» весной связано с массовым развитием диатомовых, летом – зеленых, осенью – азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками. Нектон лимнической зоны – только рыбы. Профундальная зона около дна представлена бентосными формами – личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями, сапротрофными бактериями и грибами.

2. Лотические экосистемы (реки, родники, ручьи и др.) отличаются от стоячих водоемов следующими особенностями: 1) наличие течения; 2) более активный обмен между водой и сушей; 3) более высокое содержание кислорода и более равномерное его распределение; 4) преобладание детритных цепей питания (здесь более 60% энергии консументы получают от привнесенного материала). Выделяют логические сообщества перекатов и плесов. На перекатах поселяются организмы, способные прикрепиться к субстрату (например, нитчатые водоросли) или хорошие пловцы (например, форель). На участках плеса сообщества напоминают прудовые. В больших реках прослеживается продольная зональность: в верховьях – сообщества перекатов, в низовьях и дельте – плесов, между ними местами могут возникать и те и другие. Видовой состав рыб к низовьям обедняется, но увеличиваются их размеры.

3. Заболоченные участки и болота бывают низинные (имеют, как правило, питание подземными водами) и верховые (питаются атмосферными осадками). Верховые могут встречаться в любом понижении или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Здесь распространены болотные растения. Болотные почвы и торфяники содержат много углерода. Их сельскохозяйственная отработка приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа.

Морские экосистемы:

1. Открытый океан беден биогенными элементами. Эти районы можно считать «пустынями» по сравнению с прибрежными водами. Арктические и антарктические зоны более продуктивны, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче. Продуцентом выступает фитопланктон, им питается зоопланктон, а тем в свою очередь нектон. Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной. На глубине в стабильных местообитаниях сохранились виды из далеких геологических эпох.

2. Глубоководные рифтовые зоны океана находятся на глубинах около 3000 м и более. Условия жизни в экосистемах глубоководных рифтовых зон очень своеобразны. Это полная темнота, огромное давление, пониженная температура воды, недостаток пищевых ресурсов, высокая концентрация сероводорода и ядовитых металлов, встречаются выходы горячих подземных вод, и т. д. В результате живущие здесь организмы претерпели следующие адаптации: редукция плавательного пузыря у рыб или заполнение его полости жировой тканью, атрофирование органов зрения, развитие органов светосвечения и др. Живые организмы представлены гигантскими червями (погонофорами), крупными двустворчатыми моллюсками, креветками, крабами и отдельными видами рыб. Продуцентами выступают сероводородные бактерии, живущие в симбиозе с моллюсками.

3. Область континентального шельфа является самой богатой в фаунистическом отношении. Прибрежная зона очень благоприятна по условиям питания, даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия жизни, как здесь.

4. Районы апвеллинга расположены вдоль западных пустынных берегов континентов. Здесь наблюдается апвеллинг – подъем холодных вод с глубины океана, так как ветры перемещают воду от крутого материкового склона, а взамен ей из глубины поднимается вода, обогащенная биогенными элементами. Эти районы богаты рыбой и птицами, живущими на островах.

5. Эстуарии, лиманы, устья рек, прибрежные бухты и т. д. – прибрежные водоемы, представляющие собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Это высокопродуктивные районы, где наблюдается аутвеллинг – привнесение биогенных элементов с суши. Они обычно входят в литоральную зону и подвержены приливам и отливам. Здесь встречаются болотные и морские травы, водоросли, рыба, крабы, креветки, устрицы и т.д.

Экосистема включает в себя все живые организмы (растения, животные, грибы и микроорганизмы), которые в той или иной степени, взаимодействуют друг с другом и окружающей их неживой средой (климат, почва, солнечный свет, воздух, атмосфера, вода и т.п.).

Экосистема не имеет определенного размера. Она может быть столь же большой, как пустыня или озеро, или маленькой, как дерево или лужа. Вода, температура, растения, животные, воздух, свет и почва - все взаимодействуют вместе.

Суть экосистемы

В экосистеме каждый организм имеет свое собственное место или роль.

Рассмотрим экосистему небольшого озера. В нем, можно найти все виды живых организмов, от микроскопических до животных и растений. Они зависят от , такой как вода, солнечный свет, воздух и даже от количества питательных веществ в воде. (Нажмите , чтобы узнать подробнее о пяти основных потребностях живых организмов).

Схема экосистемы озера

Каждый раз, когда "постороннее" (живое существо(а) или внешний фактор, например, повышение температуры) вводятся в экосистему, могут произойти катастрофические последствия. Это происходит потому, что новый организм (или фактор) способен искажать естественный баланс взаимодействия и нести потенциальный вред или разрушение неродной экосистеме.

Как правило, биотические члены экосистемы, вместе с их абиотическими факторами зависят друг от друга. Это означает отсутствие одного члена или одного абиотического фактора может повлиять на всю экологическую систему.

Если нет достаточного количества света и воды, или, если почва содержит мало питательных веществ, растения могут погибнуть. Если растения погибают, животные, которые от них зависят также оказываются по угрозой. Если животные, зависящие от растений гибнут, то другие животные, зависящие от них также погибнут. Экосистема в природе работает одинаково. Все ее части должны функционировать вместе, чтобы поддерживать баланс!

К сожалению, экосистемы могут разрушиться в результате стихийных бедствий, таких как пожары, наводнения, ураганы и извержения вулканов. Человеческая деятельность также способствует разрушению многих экосистем и .

Основные виды экосистем

Экологические системы имеют неопределенные размеры. Они способны существовать на небольшом пространстве, например под камнем, гниющем пне дерева или в небольшом озере, а также занимать значительные территории (как весь тропический лес). С технической точки зрения, нашу планету можно назвать одной огромной экосистемой.

Схема небольшой экосистемы гниющего пня

Виды экосистем в зависимости от масштаба:

• Микроэкосистема - экосистема небольшого масштаба, как пруд, лужа, пень дерева и т.д.
• Мезоэкосистема - экосистема, такая, как лес или большое озеро.
• Биом. Очень большая экосистема или совокупность экосистем с аналогичными биотическими и абиотическими факторами, такими как целый тропический лес с миллионами животных и деревьев, и множеством различных водных объектов.

Границы экосистем не обозначены четкими линиями. Их часто разделяют географические барьеры, такие как пустыни, горы, океаны, озера и реки. Поскольку границы не являются строго установленными, экосистемы, как правило, сливаются друг с другом. Вот почему озеро может иметь множество небольших экосистем со своими собственными уникальными характеристиками. Ученые называют такое смешивание "Экотон".

Виды экосистем по типу возникновения:

Помимо вышеперечисленных видов экосистем, существует также разделение на естественные и искусственные экологические системы. Естественная экосистема создается природой (лес, озеро, степь и т.д.), а искусственная - человеком (сад, приусадебный участок, парк, поле и др.).

Типы экосистем

Существует два основных типа экосистем: водные и наземные. Любые другие экосистемы мира относятся к одой из этих двух категорий.

Наземные экосистемы

Наземные экосистемы могут быть найдены в любом месте мира и подразделены на:

Лесные экосистемы

Это экосистемы, в которых есть обилие растительности или большое количество организмов, живущих в относительно небольшом пространстве. Таким образом, в лесных экосистемах плотность живых организмов достаточно высока. Небольшое изменение в этой экосистеме может повлиять на весь ее баланс. Также, в таких экосистемах можно встретить огромное количество представителей фауны. Кроме того, лесные экосистемы подразделяются на:

• Тропические вечнозеленые леса или тропические дождевые леса: , получающие среднее количество осадков более 2000 мм в год. Они характеризуются густой растительностью, в которой преобладают высокие деревья, расположенные на разных высотах. Эти территории являются убежищем для различных видов животных.
• Тропические лиственные леса: Наряду с огромным разнообразием видов деревьев, здесь также встречаются кустарники. Данный тип леса встречается в довольно многих уголках планеты и является домом для большого разнообразия представителей флоры и фауны.
• : Имеют довольно небольшое количество деревьев. Здесь преобладают вечнозеленые деревья, которые обновляют свою листву в течение всего года.
• Широколиственные леса: Расположены во влажных умеренных регионах, которые имеют достаточное количество осадков. В зимние месяца, деревья сбрасывают свою листву.
• : Расположенная непосредственно перед , тайга определяется вечнозелеными хвойными деревьями, минусовыми температурами на протяжении полугода и кислыми почвам. В теплое время года здесь можно встретить большое количество перелетных птиц, насекомых и .

Пустынная экосистема

Пустынные экосистемы расположены в районах пустынь и получают менее 250 мм осадков в год. Они занимают около 17 % всей суши Земли. Из-за чрезвычайно высокой температуры воздуха, плохого доступа к и интенсивного солнечного света, и не столь богаты, как в других экосистемах.

Экосистема луга

Луга расположены в тропических и умеренных регионах мира. Территория луга в основном состоит из трав, с небольшим количеством деревьев и кустарников. Луга населяют пасущиеся животные, насекомоядные и растительноядные. Выделяется два основных вида экосистем луга:

• : Тропические луга, имеющие сухой сезон и характеризующиеся отдельно растущими деревьями. Они обеспечивают пищей большое количество травоядных животных, а также являются местом охоты многих хищников.
• Прерии (умеренные луга): Это область с умеренным травяным покровом, полностью лишенная крупных кустарников и деревьев. В прериях встречается разнотравье и высокая трава, а также наблюдаются засушливые климатические условия.
• Степные луга: Территории сухих лугов, которые располагаются вблизи полузасушливых пустынь. Растительность этих лугов короче, чем в саваннах и прериях. Деревья встречаются редко, и как правило, находятся на берегах рек и ручьев.

Горные экосистемы

Горная местность обеспечивает разнообразный спектр местообитаний, где можно найти большое количество животных и растений. На высоте, обычно преобладают суровые климатические условия, в которых могут выжить только альпийские растения. Животные, обитающие высоко в горах, имеют толстые шубы для защиты от холодов. Нижние склоны, как правило, покрыты хвойными лесами.

Водные экосистемы

Водная экосистема - экосистема, расположенная в водной среде (например, реки, озера, моря и океаны). Она включает в себя водную флору, фауну, а также свойства воды, и подразделяется на два типа: морскую и пресноводную экологические системы.

Морские экосистемы

Являются крупнейшими экосистемами, которые покрывают около 71% поверхности Земли и содержат 97% воды планеты. Морская вода содержит большое количество растворенных минералов и солей. Морская экологическая система подразделяется на:

• Океаническую (относительно мелкая часть океана, которая находится на континентальном шельфе);
• Профундальную зону (глубоководная область не пронизанная солнечным светом);
• Бентальную область (область, заселенная донными организмами);
• Приливную зону (место между низкими и высокими приливами);
• Лиманы;
• Коралловые рифы;
• Солончаки;
• Гидротермальные жерла, где хемосинтезирующие составляют кормовую базу.

Многие виды организмов живут в морских экосистемах, а именно: бурые водоросли, кораллы, головоногие моллюски, иглокожие, динофлагелляты, акулы и т.д.

Пресноводные экосистемы

В отличие от морских экосистем, пресноводные охватывают лишь 0,8% поверхности Земли и содержат 0,009% от общего количества мировых запасов воды. Существует три основных вида пресноводных экосистем:

• Стоячие: воды, где отсутствует течение, как бассейны, озера или пруды.
• Проточные: быстро движущиеся воды, такие как ручьи и реки.
• Водно-болотные угодья: места, в которых постоянно или периодически затопленная почва.

Пресноводные экосистемы являются местами обитания рептилий, земноводных и около 41% видов рыб в мире. Быстро движущиеся воды обычно содержат более высокую концентрацию растворенного кислорода, тем самым поддерживают большее биологическое разнообразие, чем стоячие воды прудов или озер.

Структура, компоненты и факторы экосистемы

Экосистема определяется как природная функциональная экологическая единица, состоящая из живых организмов (биоценоза) и их неживой окружающей среды (абиотической или физико-химической), которые взаимодействуют между собой и создают стабильную систему. Пруд, озеро, пустыня, пастбища, луга, леса и т.д. являются распространенными примерами экосистем.

Каждая экосистема состоит из абиотических и биотических компонентов:

Структура экосистемы

Абиотические компоненты

Абиотические компоненты представляют собой не связанные между собой факторы жизни или физическую среду, которая оказывает влияние на структуру, распределение, поведение и взаимодействие живых организмов.

Абиотические компоненты представлены в основном двумя типами:

• Климатическими факторами , которые включают в себя дождь, температуру, свет, ветер, влажность и т.д.
• Эдафическими факторами , включающие в себя кислотность почвы, рельеф, минерализацию и т.д.

Значение абиотических компонентов

Атмосфера обеспечивает живые организмы углекислым газом (для фотосинтеза) и кислородом (для дыхания). Процессы испарения, транспирации и происходят между атмосферой и поверхностью Земли.

Солнечное излучение нагревает атмосферу и испаряет воду. Свет также необходим для фотосинтеза. обеспечивает растения энергией, для роста и обмена веществ, а также органическими продуктами для питания других форм жизни.

Большинство живой ткани состоит из высокого процента воды, до 90% и даже более. Немногие клетки способны выжить, если содержание воды падает ниже 10%, и большинство из них погибают, когда вода составляет менее 30-50%.

Вода является средой, с помощью которой минеральные пищевые продукты поступают в растения. Она также необходима для фотосинтеза. Растения и животные получают воду с поверхности Земли и почвы. Основной источник воды - атмосферные осадки.

Биотические компоненты

Живые существа, включая растения, животных и микроорганизмы (бактерии и грибы), присутствующие в экосистеме, являются биотическими компонентами.

На основе их роли в экологической системе, биотические компоненты могут быть разделены на три основные группы:

• Продуценты производят органические вещества из неорганических, используя солнечную энергию;
• Консументы питаются готовыми органическими веществами, произведенными продуцентами (травоядные, хищники и );
• Редуценты. Бактерии и грибы, разрушающие отмершие органические соединения продуцентов (растений) и консументов (животных) для питания, и выбрасывающие в окружающую среду простые вещества (неорганические и органические), образующихся в качестве побочных продуктов их метаболизма.

Эти простые вещества повторно производятся в результате циклического обмена веществ между биотическим сообществом и абиотической средой экосистемы.

Уровни экосистемы

Для понимания уровней экосистемы, рассмотрим следующий рисунок:

Схема уровней экосистемы

Особь

Особь - это любое живое существо или организм. Особи не размножаются с индивидуумами из других групп. Животные, в отличие от растений, как правило, относятся к этому понятию, поскольку некоторые представители флоры могут скрещиваться с другими видами.

В приведенной выше схеме, можно заметить, что золотая рыбка взаимодействует с окружающей средой и будет размножаться исключительно с представителями своего вида.

Популяция

Популяция - группа особей данного вида, которые живут в определенной географической области в данный момент времени. (Примером может служить золотая рыбка и представители ее вида). Обратите внимание, что популяция включает особей одного вида, которые могут иметь различные генетические отличия, такие как цвет шерсти/глаз/кожи и размер тела.

Сообщество

Сообщество включает в себя всех живых организмов на определенной территории, в данный момент времени. В нем могут присутствовать популяции живых организмов разных видов. В приведенной выше схеме, обратите внимание, как золотые рыбы, лососёвые, крабы и медузы сосуществуют в определенной среде. Большое сообщество, как правило, включает в себя биоразнообразие.

Экосистема

Экосистема включает в себя сообщества живых организмов, взаимодействующих с окружающей средой. На этом уровне живые организмы зависят от других абиотических факторов, таких как камни, вода, воздух и температура.

Биом

Простыми словами, представляет собой совокупность экосистем, имеющих схожие характеристики с их абиотическими факторами, адаптированными к окружающей среде.

Биосфера

Когда мы рассматриваем различные биомы, каждый из которых переходит в другой, формируется огромное сообщество людей, животных и растений, живущих в определенных местах обитания. является совокупностью всех экосистем, представленных на Земле.

Пищевая цепь и энергия в экосистеме

Все живые существа должны питаться, чтобы получать энергию, необходимую для роста, движения и размножения. Но чем же эти живые организмы питаются? Растения получают энергию от Солнца, некоторые животные едят растения, а другие едят животных. Это соотношение кормления в экосистеме, называется пищевой цепью. Пищевые цепи, как правило, представляют последовательность того, кто кем питается в биологическом сообществе.

Ниже приведены некоторые живые организмы, которые могут разместиться в пищевой цепи:

Схема пищевой цепи

Пищевая цепь - это не одно и то же, что и . Трофическая сеть представляет собой совокупность многих пищевых цепей и является сложной структурой.

Передача энергии

Энергия передается по пищевым цепям от одного уровня к другому. Часть энергии используется для роста, размножения, передвижения и других потребностей, и не доступна для следующего уровня.

Более короткие пищевые цепи сохраняют больше энергии, чем длинные. Израсходованная энергия поглощается окружающей средой.

2. Особенности абиотических элементов экосистем озер и водохранилищ

Примерно до 70-х годов XX столетия в лимнологических исследованиях не уделялось серьезного внимания принципиальным различиям между водохранилищами и озерами. Достаточно отметить, что классик современной лимнологии Д.Хатчинсон относил водохранилища к одному из типов озер [Хатчинсон, 1963]. Рост количества водохранилищ в мире в середине столетия, актуальность оценки их экологического состояния в связи с задачей сохранения высокого качества воды в источниках хозяйственного водоснабжения стимулировали углубленные лимнологические исследования этих водных объектов. В результате этих исследований были установлены существенные различия в функционировании экосистем водохранилищ по сравнению с экосистемами озер . Причиной этих различий выступают, главным образом, абиотические компоненты экосистем. И хотя процессы, определяющие круговорот вещества и энергии в озерах и водохранилищах, имеют одинаковую природу, их пространственно-временная изменчивость и интенсивность могут существенно варьировать в зависимости от особенностей этих водных объектов.

Любой конкретный водоем обладает индивидуальными особенностями, которые могут не охватывать всего многообразия процессов, встречающихся, а часто и доминирующих в данном типе водного объекта. При сравнении озер и водохранилищ важно показать, что тот или иной процесс, тот или иной фактор чаще наблюдается в данном водном объекте, по сравнению с другим. Иначе говоря, средние значения характеристик, оказывающих влияние на функционирование экосистем этих типов внутренних водоемов, имеют существенные различия.

Теоретически бесконечное разнообразие абиотических элементов экосистем водоемов суши обусловлено сочетанием трех основных факторов: географо-гидрографическим положением водоема, формой и размером его чаши и антропогенным воздействием. Взаимодействие этих трех главных факторов определяет гидрологический режим водоема с его водной, радиационно-термической, седиментологической и гидрохимической составляющими. Взаимосвязь перечисленных факторов с отдельными элементами гидролого-гидрохимического режима может быть представлена в виде схемы, показанной на рис.2.1.

Рис.2.1. Факторы, определяющие функционирование экосистем водоемов.

Эта схема одинаково применима как к озерам, так и к водохранилищам. Исключение составляет выделенная на схеме связь антропогенного воздействия и гидрологического режима водохранилищ. Для озер, если не считать сравнительно незначительного влияния отбора воды и сброса сточных вод на гидрологический режим озера, это воздействие практически отсутствует. Для водохранилищ, как объектов, создающихся с целью регулирования стока, управление водным режимом имеет принципиальное значение в формировании гидрологического режима и функционирования экосистемы.

Каждый из этих факторов по разному проявляется в озерах и водохранилищах. Их сложная комбинация приводит к формированию существенных особенностей абиотических элементов экосистем и, тем самым, особенностей их функционирования в этих двух классах сравниваемых водных объектах – озерах и водохранилищах.

Учитывая, что важнейшей характеристикой любой экосистемы выступает ее первичная продуктивность, комплекс представленных на схеме факторов целесообразно разделить на группы внешних влияний, прямо или косвенно определяющих процессы первичного продуцирования органического вещества в водоеме. К таким группам мы относим

энергетические факторы (поглощенная экосистемой солнечная радиация, температура воды),

гидролого-морфологические (гидрологический режим и морфометрические характеристики водоема),

гидрохимические (биогенное питание фитопланктона).

Факторы первой из этих групп характеризуются ярко выраженной географической зональностью и внутригодовой изменчивостью. Влияние гидрологического режима и размеров водоема на продуктивность опосредовано большим числом динамических и термических процессов, поэтому его роль возможно выделить в чистом виде лишь путем математического моделирования функционирования экосистем. Гидрохимические и, особенно, морфологические факторы – азональны и должны рассматриваться вне зависимости от географического местоположения водоема. Проведенные по данным наблюдений на водоемах мира оценки продуктивности континентальных водоемов показывают ведущую роль энергетических факторов, которые определяют более 70% изменчивости величин продуктивности озер и водохранилищ мира . Поэтому вполне правомерно говорить о зональности продуктивности водоемов. Это, в свою очередь, определяет необходимость различных подходов к оценкам трофического состояния и процесса эвтрофирования водоемов, расположенных в различных географических зонах.

При сравнении озер и водохранилищ чрезвычайно важное значение имеет генетическое разнообразие этих объектов. Широкое разнообразие озер земного шара обусловлено происхождением озерных котловин, с которым тесно связаны их размеры и форма, а, следовательно, и определенные черты режима. По известной классификации М.А.Первухина , все озера подразделяются на плотинные и котловинные. В количественном отношении явно преобладают котловинные озера. Среди котловинных озер наиболее многочисленны озера ледникового происхождения, которые в свою очередь подразделяются на эрозионные и аккумулятивные. К областям крупных сдвигов земной коры обычно приурочены озера тектонического происхождения, среди которых глубочайшие озера мира – Байкал и Танганьика. Водно-эрозионные и водно-аккумулятивные озера преобладают в долинах и дельтах рек, вблизи морских побережий. Провальные и вулканические озера сравнительно немногочисленны.

Даже приблизительное количество озер на земном шаре определить практически невозможно. По известным оценкам Р.Ветцеля , всего в мире примерно 10 млн. озер, занимающих около 1% земной поверхности . Однако, не вызывает сомнения, что самая многочисленная группа озер – озера ледникового происхождения. В Швеции среди десятков тысяч озер – около 97% - озера ледникового происхождения. Такое соотношение характерно и для Севера США, Финляндии, Карелии – тех мест, где прошло оледенение. Наиболее полный современный банк данных об озерах мира, включающий более 40 тыс. озер различных континентов, собран С.В.Рянжиным [Рянжин, Ульянова, 2000].

Разнообразие типов водохранилищ значительно меньше, поскольку их генезис, в большинстве случаев, определяется возведением плотины в долине реки. В основу наиболее обоснованной и строгой классификации водохранилищ, предложенной К.К.Эдельштейном положен тот же принцип, что и для озер. Согласно этой классификации все водохранилища подразделяются на три типа: долинные, котловинные и смешанные. По самому обширному из опубликованных перечней водохранилищ мира [Авакян и др., 1987] 75% всех водохранилищ относятся к долинному типу. Именно эти водохранилища мы будем рассматривать при сравнении особенностей экосистем озер и водохранилищ. Преобладающие среди котловинных водохранилищ озерно-котловинные водохранилища образуются при сооружении гидроузла в истоке реки, вытекающей из озера, и по сравниваемым характеристикам очень близки к озерам.

С генезисом озер тесно связан их возраст, имеющий определяющее значение в формировании и функционировании экосистемы не только на протяжении веков, но и в настоящее время. Возраст озер определяется геологическими периодами времени, даже самые молодые озера насчитывают десятки тысяч лет (если не принимать во внимание возникающие в эрозионных котловинах речных долин небольшие озера и термокарстовые тундровые озера). Водохранилища - молодые водоемы. Хотя известны водохранилища, построенные еще в древнейшие времена , интенсивное строительство водохранилищ началось в ХХ веке и лишь к середине столетия эти водные объекты стали обычным элементом большинства природных ландшафтов. Наиболее интенсивное строительство водохранилищ во всех странах наблюдалось в период между 1950 и 1970 годами. Для иллюстрации можно привести графики увеличения количества водохранилищ в индустриально развитых Сев. Америке и Европе в прошедшем столетии.

Рис. 2.2. Рост числа водохранилищ в Сев. Америке и Европе в 20 веке. (По [Водохранилища…, 1979]).

К концу столетия темпы строительства водохранилищ замедлились, что связано в большей степени с завершением регулирования рек в индустриально развитых странах и созданием комплексов водоснабжения в крупных урбанизированных районах мира (Волга, Днепр, Теннесси). В то же время в некоторых развивающихся странах, особенно в регионах засушливого климата (Бразилия, некоторые страны Африки, Азии) темпы строительства водохранилищ даже возросли, поскольку хозяйственное развитие этих регионов тесно связано с необходимостью гарантированного обеспечения населения, сельского хозяйства и промышленности водой.

2.1. Географическое распределение озер и водохранилищ на земном шаре.

Распределение озер на земном шаре тесно связано с их происхождением. Главной чертой этого распределения выступает максимум количества озер в поясе ледниковой деятельности северного полушария. По выборке из 2300 естественных озер Р.Шуллинг построил график широтного распределения количества озер на земном шаре, имеющий тримодальный вид. Трудно определить насколько репрезентативна выборка Шуллинга, но в целом представленное распределение вполне соответствует распределению климатических и геологических факторов их генезиса. Все три пика на графике Шуллинга соответствуют районам земного шара богатых водными ресурсами. Это можно считать главной особенностью распределения озер на земном шаре, большинство из которых сосредоточены во влажных районах. По оценкам В.Левиса , в умеренных широтах сосредоточено 90% озер мира. В тропических широтах доминируют пойменные озера в бассейнах крупнейших рек тропического пояса и небольшие прибрежные озера. Некоторые известные озерные районы семиаридного климата (озера Кулундинской степи, озера Прикаспия, озера Флориды) обусловленные особенностями рельефа можно считать исключением из этой общей закономерности.

Распределение водохранилищ на земном шаре определяют цели их создания. Интенсивное строительство водохранилищ ведется в регионах, развитых в хозяйственном отношении, с высокой плотностью населения (выработка электроэнергии, водный транспорт, борьба с наводнениями) и в регионах с явно выраженным дефицитом водных ресурсов (промышленное и коммунальное водоснабжение, ирригация). В развитых и развивающихся странах семиаридного климата количество построенных водохранилищ достигает десятков тысяч (Испания, Бразилия).

Иллюстрацией этого положения представляются графики распределения по широтам озер и водохранилищ в США и на Европейской территории России. Распределение озер и водохранилищ по широте в Европейской части России показано на рис.2.3.

Рис. 2.3. Распределение озер и водохранилищ по широте на Европейской территории России

А – количество (на 10 тыс. кв. км), Б – суммарная площадь, км 2 (темные столбики – водохранилища, светлые столбики – озера)

График построен по данным «Кадастра водохранилищ СССР» [Кадастр…, 1988] и справочным данным рек и озер СССР [Доманицкий и др., 1971]. Помимо количества водных объектов на графике представлена величина суммарной площади водной поверхности озер и водохранилищ в соответствующих широтных поясах. Распределение озер и водохранилищ на Европейской территории России имеет ярко выраженную противоположную направленность. Северный максимум озер обусловлен широким распространением небольших тундровых озер на этих широтах. Максимум по площади расположен несколько южнее и связан с ледниковыми озерами Северо-Запада. В распределении водохранилищ максимум как в количестве, так и в суммарной площади относится к широтам, соответствующим Черноземной полосе ЕТ России и югу России, где по сравнению с северными регионами значительно более высокая плотность населения и развитое сельское хозяйство. Это подтверждает преобладание экономико-географических причин в закономерностях распределения водохранилищ.

Для США подобный график построен К.Торнтоном по выборке из 309 естественных озер и 109 водохранилищ (рис. 2.4). Этот график показывает максимум в распределении озер в ледниковом районе (севернее 40 градусов северной широты), а максимум водохранилищ находится существенно южнее.

Рис. 2.4. Распределение водохранилищ (темные столбики) и озер (светлые столбики) по широтам в США (по К.Торнтону ).

Большинство водохранилищ США сосредоточено в центральном, юго-восточном и восточном районах, районах интенсивного развития сельского хозяйства и напряженного водохозяйственного баланса.

Uеографическое распределение озер и водохранилищ и на земном шаре в целом проявляет противоположную тенденцию. Это обусловило доминирование различных типов ландшафта и влияния различных географических факторов на гидроэкологический режим этих водных объектов.

Различия в климатических характеристиках озер и водохранилищ полностью связаны с разницей в их географическом положении. Для водохранилищ, доминирующих в полуаридном климате, характерно преобладание испарения над осадками. Высокое испарение ведет к прямым потерям воды, например водохранилище Собриньо на Северо-востоке Бразилии ежегодно теряет около 2 км 3 воды. . Однако, несмотря на это, создание водохранилищ в этих регионах часто выступает едва ли не единственной возможностью увеличения водных ресурсов за счет регулирования крайне неравномерного во времени речного стока. Большинство же озер расположено во влажных районах с превышением осадков над испарением. Интересный аспект климатических различий отмечен в работе К.Торнтона, который показал, что в районах США, где сосредоточено большинство водохранилищ, более активна циклоническая деятельность и связанный с ней ветровой режим .

Важнейшим следствием различий в географическом распределении озер и водохранилищ выступают особенности их водосборов. Именно через водосбор, посредством речного и склонового стока, проявляется, главным образом, как природное, так и антропогенное влияние на экосистему водоема. Степень этого влияния зависит от величины внешнего водообмена водоема. В водохранилищах практически всегда доминирует горизонтальная (речная) составляющая внешнего водообмена. Они характеризуются значительно большими величинами коэффициента водообмена. В широко использующемся в лимнологической литературе понятии «отклик экосистемы на внешнее воздействие» основной смысл связан с воздействием на водоем в виде речного притока с водосбора. Рассмотрение водоема и водосбора как единой системы стало отличительной чертой современных комплексных лимнологических исследований [Драбкова, Сорокин, 1979, Изменения…, 1983].

Различия водосборов озер и водохранилищ проявляются в ландшафтных особенностях и в форме водосборной площади. Размер и форма водосборов определяет характер пространственного распределения внешней нагрузки на водоем, существенно зависящий от положения водоема в бассейне. Водосбор водохранилищ обычно узкий и удлиненный, завершающийся водоемом, в отличие от водосбора озер – кругового с водоемом в центре. Важной количественной характеристикой водосбора выступает его удельная величина, представляющая отношение площади водосбора к площади водоема, которая наряду с климатическими характеристиками определяет структуру водного баланса водоема.

Для водохранилищ площадь водосбора определяется выбором местоположения створа плотины в том или ином месте речной сети. Сравнительный анализ распределения относительного числа долинных водохранилищ и озер с различными размерами удельного водосбора, проведенный К.К.Эдельштейном по выборке из 852 водоемов [Эдельштейн, 1991], показал, что почти треть из рассмотренных им озер имеют удельный водосбор менее 20, в то же время для 90% долинных водохранилищ эта величина более 20. По этому показателю различия озер и водохранилищ проявляются весьма отчетливо: удельные водосборы водохранилищ в среднем намного превышают удельные водосборы озер. Следует отметить, что в отличие от ландшафтных характеристик, форма водосборов и их удельная величина относятся к азональным факторам. Ландшафтные особенности водосборов связаны с описанными выше различиями в их географическом распределении и проявляются в особенностях формирования водного, химического стока и стока взвешенных веществ.

2.2. Морфологические различия чаши озер и водохранилищ

Строение чаши водоемов оказывают глубокое влияние на внутриводоемные процессы, определяя особенности процессов внутреннего водообмена и связанного с ним круговорота химических веществ.

Особенности котловин озер и долинных водохранилищ определяется их различным генезисом. Чаши долинных водохранилищ формируются в речной долине, но несмотря на большое разнообразие типов речных долин, обусловленное геоморфологическими особенностями отдельных регионов суши, имеют общие закономерности. Долинные водохранилища характеризуются большой удлиненностью и гетероморфностью строения котловины, которая всегда асимметрична с максимальной глубиной у плотины. Размеры и емкость долинных водохранилищ существенно зависят от выбора створа плотины в речной системе и высоты плотины, что проявляется в эмпирической связи между площадью акватории и емкостью долинных водохранилищ.

Озера отличаются значительно большим разнообразием строения котловины, связанным с разнообразием их генезиза. Однако общей чертой строения их котловин можно считать положение максимальной глубины вблизи центра озера.

Морфометрические характеристики размера чаш озер и водохранилищ варьируют в значительных пределах и не имеют принципиальных различий. Особенности строения их чаши проявляются в существенных различиях некоторых относительных морфометрических показателей и в геометрическом моделировании формы котловины. Водохранилища отличаются от озер значительно меньшим размахом колебаний средней глубины, т.е. отношением объема к площади (W/F), большей удлиненностью (l = L/B ср), где L – длина водоема, Bср – средняя его ширина. При этом в морфометрически сложных долинных водохранилищах эти различия усиливаются.

Для оценки влияния строения чаши водоема на особенности функционирования экосистемы и процессы эвтрофирования важной морфометрической характеристикой водоемов представляется форма ложа. Два крайних типа этой формы имеют вид V- образного и U- образного сечения. Значение этой характеристики обусловлено особой значимостью в эвтрофировании процессов массообмена на границе вода-дно водоема.

Для каждого выделенного в водоеме горизонтального слоя площадь зоны контакта вода-дно зависит формы ложа. Влияние донных отложений на этот слой определяется отношением поверхности дна в этом выделенном слое к объему слоя. Это отношение, названное Имбоуденом «Функцией взаимодействия поверхности дна» можно выразить следующим образом:

(1)

где F – площадь водоема на глубина h , W – объем

Изменение концентрации какого-либо химического вещества в водоеме под влиянием его потока из донных отложений или наоборот из воды в донные отложения определяется как

C – концентрация вещества, S - поток вещества из донных отложений.

Разделив обе части на DW и, учитывая выражение (1), получаем

Таким образом, скорость изменения концентрации веществ в водоеме под влиянием донных отложений определяется интенсивностью потока вещества и параметром а , характеризующим морфометрические особенности водоема. В глубоководных частях водоемов V- образной формы величина а значительно меньше, чем в глубоководных частях водоемов с U- образной формы, поэтому при прочих равных условиях влияние донных отложений на химический состав вод водоема в последних будет больше.

Площадь зоны контакта вода-дно имеет исключительно важное значение также и для кислородного режима водоема вследствие высокой активности процессов минерализации органического вещества на поверхности донных отложений. В мелких водоемах быстрое образование зон аноксии при одинаковых условиях продуцирования и поступления на дно органического вещества значительно более вероятно, чем в глубоких.

Степень изрезанности береговой линии водохранилищ определяется геоморфологическими особенностями местности и у сложно-долинных водохранилищ может быть очень велика. Статистическое сравнение озер и водохранилищ по одному из очень распространенных морфометрических показателей – коэффициенту емкости водоема, представляющего собой отношение средней глубины водоема к максимальной, (h/H max) показало, что водохранилища существенно отличаются от озер и имеют меньшие средние значения и меньшую вариабельность этого показателя [Эдельштейн, 1991]. Соответственно, в гидрологическом режиме, динамике водных масс водохранилищ роль размеров и формы ложа значительно важнее, чем в других водных объектах замедленного водообмена.

Для характеристики формы котловины применяется геометрическое моделирование, заключающееся в сравнении формы водоема с известными геометрическими телами. Количественная оценка близости формы водоема к этим телам производится по различным показателям, называемым показателями формы. Озерные котловины при геометрическом моделировании сопоставляются с телами вращения, имеющими вертикальную ось (конусом, парабалоидом, полуэллипсоидом и цилиндром). Такое сопоставление позволило проанализировать связь динамических процессов, протекающих в озере, со строением его чаши и в первую очередь изменений гидродинамической устойчивости масс воды при неоднородном поле плотности [Богословский, 1960, Хомскис, 1969].

Морфологические и морфометрические особенности долинных водохранилищ предопределили выбор усеченной трапецеидальной призмы в качестве модельной фигуры их формы [Эдельштейн, 1975, Страшкраба, Гнаук, 1989]. Анализ влияния такой асимметричной формы чаши водохранилищ на динамические процессы, проявляющееся в существовании наряду со свободной конвекцией продольной плотностной циркуляции вод, показывает их принципиальное отличие от динамических процессов в озерах, характеризующихся длительными периодами стагнации водных масс. В динамике вод это в первую очередь относится к возникновению и широкому распространению в водохранилищах плотностных течений, которые относительно редко встречаются в озерах. В водоемах умеренной зоны плотностные течения в водохранилищах связаны, главным образом, с различиями плотности по минерализации и проявляются в зимний период. В водохранилищах аридной зоны нередки плотностные потоки мутьевого происхождения [Пуклаков, 1999, Самолюбов, 1999].

Влияние морфометрических особенностей проявляется также в развитии вертикальной плотностной и химической стратификации водной толщи в озерах и водохранилищах. Наконец, продольные различия динамических явлений также существенно различаются в водных объектах сравниваемых двух классов.

2.3. Особенности антропогенного влияния на озера и водохранилища

Водохранилища – водные объекты, создаваемые с целью регулирования речного стока, поэтому главная их особенность по сравнению с озерами состоит в том, что их водный режим в значительной степени зависит от управления стоком воды через гидроузел.

Основное следствие этого регулирования – значительно больший, чем в озерах, размах внутригодового колебания уровня воды. Это имеет важное значение для внутриводоемных процессов, особенно в вегетационный перио,д и для развития донных биоценозов, их участия в функционировании водной экосистемы. По периметру водохранилища имеется пространство переменной ширины и площади, периодически затапливаемое водой. Особенно обширны такие мелководно-осушные зоны на равнинных водохранилищах, где они составляют существенную долю площади акватории при НПУ. Методика выделения зон постоянного и периодического затопления в водохранилищах, основанная на совместном анализе кривых обеспеченности уровня воды в водохранилище и его батиграфических кривых разработана К.К.Эдельштейном [Эдельштейн, 1975]. Однако, роль этого пространства в функционировании экосистемы водохранилища, в формировании его биологической продуктивности, в процессах вторичного загрязнения и самоочищения воды до сих пор не получила обоснованной оценки.

Второе важнейшее следствие хозяйственного регулирования водного режима – нестабильность гидродинамического режима, проявляющаяся в колебаниях скорости стокового течения, в появлении длинных волн и в усложнении гидрологической структуры водоема. Существенное экологическое значение имеет также сброс воды из водохранилища. В стратифицированных водохранилищах это влияет на характер круговорота веществ в приплотинном участке. Конструкции водосбросных сооружений отличаются значительным разнообразием. С точки зрения влияния на гидрологический режим водохранилища наибольшее значение имеют конструкции, обеспечивающие возможность селективного многоуровенного сброса. Эта особенность принципиально отличает водохранилища от озер, не имеющих глубинного стока. В озерах сброс вод гиполимниона невозможен, в то время как в водохранилищах ГЭС в период стагнации сброс вод проиводится как раз из глубинных слоев.

Еще одна особенность гидроэкологического режима водоемов связана с антропогенным влиянием. Водохранилища создаются в основном в густонаселенных и интенсивно развивающихся в хозяйственно-экономическом отношении регионах. В связи с этим они испытывают, как правило, значительно более высокую антропогенную нагрузку химическими веществами. Поступление загрязняющих веществ разнообразного химического состава может быть как непосредственно в водохранилища, так и в притоки водохранилища, т.е. в гидрографическую сеть водосбора водохранилища. Загрязняющие вещества поступают в водоем и в водотоки бассейна, как путем сосредоточенных сбросов канализационных систем, так и из рассредоточенных источников вследствие смыва поверхностными водами с загрязняемых городских и промышленных территорий, сельскохозяйственных угодий, ферм и пастбищ. Сток загрязняющих веществ и биогенных элементов с водосбора, определяющий химическую нагрузку водоема, зависит как от физико-географических особенностей водосбора, так и от степени антропогенной его освоенности, которая для водохранилищ, как правило, более высока, чем для озер. К антропогенным факторам, влияющим на химическую нагрузку на водоемы, относится их рекреационное использование. Роль этого фактора в урбанизированных районах естественно значимее. Создание, как отдельных водохранилищ, так и гидротехнических комплексов для водоснабжения крупных городов связано с их интенсивным использованием для целей рекреации. Примером может служить система водоснабжения г.Москвы, включающая 12 водохранилищ, большинство из которых широко используются для водного отдыха и любительского рыболовства жителями многомиллионного города.

Заметное ухудшение качества воды наблюдается в водохранилищах в первые годы их существования, когда происходит выщелачивание химических веществ из залитых почв. Интенсивному поступлению веществ в воду способствуют анаэробные условия в придонных слоях, возникающих при разложении затопленного растительного покрова. Особенно сильно этот дефицит выражен в водохранилищах, ложе которых не очищалось от растительности перед затоплением. В дальнейшем с течением времени, длительность которого зависит от характера почв, растительности, климатических условий и интенсивности водообмена, экосистема водохранилища стабилизируется, дно покрывается иловыми отложениями, и сбалансированные внутриводоемные процессы уже мало отличаются от озерных.

Чрезвычайно важным обстоятельством является то, что в водохранилищах имеется возможность целенаправленного регулирования интенсивности и направленности внутриводоемных процессов, что невозможно в озерах без создания специальных конструкций. Через регулирование внутриводоемных процессов можно приблизиться к решению задач управления круговоротом вещества в экосистеме водоема и, тем самым, к достижению важнейшей цели современной гидроэкологии – управлению качеством воды водохранилищ.

2.4. Сравнительные характеристики гидролого-гидрохимического режима озер и водохранилищ

Отмеченные в предыдущем разделе особенности главных факторов, определяющих функционирование экосистем озер и водохранилищ, проявляются в характере гидрологического и гидрохимического режимов этих водоемов. После того, как на гидроэкологические особенности водохранилищ лимнологи начали обращать особое внимание, сделано несколько попыток сформулировать и обобщить принципиальные различия между озерами и водохранилищами . В нашей работе это обобщение проведено по гидрологическим (табл. 2.1), гидрохимическим (табл. 2.2) элементам экосистем этих водных объектов. Естественно, следствием различий этих элементов экосистем выступают различия в развитии их биотической части рассматриваемых классов водоемов. (табл. 2.3). Биотическое сообщество экосистемы водохранилища отличается от озерного, как правило, низким разнообразием, относительно четко выраженной специализацией экологических ниш, быстрым селективным развитием. Особым периодом в становлении экосистемы водохранилищ, как правило, характеризующимся крайне высокой продуктивностью, является период после затопления ложа водохранилища, когда в результате интенсивного выщелачивания химических веществ из затопленных почв и разложения органического вещества на дне водохранилища водные массы обогащаются биогенными элементами, что приводит к аномальным вспышкам «цветения» фитопланктона. Длительность этого периода становления экосистемы зависит от физико-географических характеристик местности, степени подготовленности ложа к затоплению.

Таблица. 2.1.

Сравнительные характеристики гидрологического режима озер и водохранилищ.

Характеристики водоема	Водохранилища
Форма ложа	Вытянутая, ассиметричная вдоль продольной оси с наибольшей глубиной вблизи плотины	Часто округлая и более симметричная относительно вертикали в точке наибольшей глубины
Трансформация берегов	Очень интенсивная в первые десятилетия и постепенно затухающая особенно медленно в водохранилищах многолетнего регулирования стока с наиболее нестабильным уровнем	Нерегулярная, эпизодическая только во время особенно сильных штормов
Изменение береговой линии	Сильное, литоральная зона перемещается при сработке.	Относительно слабое, положение литорали стабильное
	В основном по крупным рекам, проникает в стратифицированные слои и часто поток распространяется вдоль затопленного русла	В основном с небольшими реками малого порядка и диффузными источниками. Проникновение в стратифицированные слои слабое и рассеянное.
	В зависимости от назначения нередко очень неравномерный, селективный из поверхностного слоя и из гиполимниона, либо интегральный при больших сбросах	Плавно изменяющийся в течение года из поверхностного слоя
Колебания уровня	Нерегулярные, внутригодовые –большие, превышающие многолетние колебания уровня	Внутригодовые небольшие, обычно меньше, чем многолетние
Структура водного баланса	Однообразна, только стоково-приточного типа с долей как осадков, так и испарения во внешнем водообмене не более 25%.	Большое разнообразие, включающее все типы структуры и зависящее от удельного водосбора и климата
Коэффициент водообмена	Короткий, переменный. Увеличивается во время сбросов поверхностных вод.	Продолжительный, из года в год относительно постоянный (от одного до многих лет)
Гидрологическая структура водных масс	Очень сложная, многокомпонентная, особенно в морфологически сложных водохранилищах с умеренным водообменом (с периодом водообмена более полугода). Не зависит от размера водоема и проявляется в накоплении генетически и качественно различных водных масс озерного типа и речных фаз стока.	Проста, однородна в мелководных озерах с малым удельным водосбором, несколько усложняется в глубоких и крупных озерах в периоды существования термобара, либо в сильно проточных озерах.
Радиационный режим	Преобладает горизонтальный градиент экстинкции света. Экстинкция неравномерная и часто очень высокая в речной и промежуточной зоне из-за высокого содержания минеральных взвесей.	Преобладает вертикальный световой градиент. Изменчивая, но относительно низкая экстинкция.
Температура воды	Более высокая	Обычно низкая из-за более холодного климата
Термическая стратификация	Стратификация изменчивая, нерегулярная. Обычно не возникает в слишком мелководных речной и промежуточной зонах.	В глубоких озерах регулярная и устойчивая в течение летнего периода.
Поле плотности воды и гравитационная устойчивость водной массы	Плотность воды более горизонтально и вертикально неоднородная. Наибольшая в придонной зимней водной массе и в придонном плотностном потоке (термобара не образуется). Постоянная неустойчивость, проявляющаяся в сезонной конвекции и плотностных придонных течениях в меженные периоды минерализационных (в равнинных водохранилищах) и мутьевых (в горных водохранилищах).	Горизонтально почти однородная, наибольшая в термобаре. Сезонная неустойчивость в периоды частичной и полной циркуляции, сменяющаяся гравитационной устойчивостью в периоды стагнации.

Таблица 2.2.

Особенности элементов гидрохимического режима и их последствий в озерах и водохранилищах

Элементы режима	Водохранилища
	Высокая в соответствии с интенсивной трансформацией берегов. Аллохтонная нагрузка взвешенным органическим веществом умеренная	Малая, как общая, так и аллохтонным взвешенным органическим веществом
Взвешенное вещество в воде	Высокая и изменчивая концентрация взвешенных частиц в воде с большой долей минеральных частиц песка и глины, сравнительно большая мутность воды	В глубоких слоях озер малая или очень малая концентрация взвешенных веществ, в мелководных озерах – взмучивание, высокая мутность и большая доля взвешенного органического вещества
Донные отложения	Большие в верховьях, максимальная толщина приурочена к затопленной русловой ложбине, большая сезонная изменчивость скорости накопления, взмучивание и трансседиментация при сработке, низкое содержание органического вещества	Относительно низкая и постоянная сезонная скорость накопления, высокое содержание органического вещества
Растворенные минеральные вещества	Неоднородность минерализации особенно существенна в слабо проточных водохранилищах, питающихся незарегулированным стоком, в период конвекции – горизонтальная, в период стагнации - вертикальная	Несущественная неоднородность в пресных голомиктических озерах и существенная вертикальная в меромиктических
	Большая, очень изменчивая, часто непредсказуемая	Изменчивая, но относительно предсказуемая, часто умеренная
Изменчивость концентраций биогенных веществ	Доминирует горизонтальный градиент. Зависит от скорости седиментации и режима притока, концентрации уменьшаются с удалением от верховьев, неравномерная внутренняя нагрузка	Доминирует вертикальный градиент
Растворенное органическое вещество (РОВ)	Преобладают аллохтонные источники, неравномерное, часто высокой концентрации, доминирует стойкое РОВ	Аллохтонное и литоральные источники, относительно постоянное содержание, часто высокое за счет лабильного РОВ
Растворенный кислород	Более низкая растворимость из-за более высокой температуры. Большая горизонтальная изменчивость. Минимум в металимнионе более обычен, чем максимум	Слабая горизонтальная изменчивость. Металимнический максимум наблюдается чаще, чем в водохранилищах

Таблица 2.3.

Особенности элементов гидробиологического режима и их последствий в озерах и водохранилищах

Сообщества водных организмов	Водохранилища
Фитопланктон	Заметная горизонтальная неоднородность биомассы и видового состава. Первичная продукция ограничивается высокой мутностью и содержанием биогенов	Преобладает вертикальная и сезонная неоднородность. Горизонтальная неоднородность мала.
Зоопланктон	Максимум развития в транзитной (переходной) зоне, горизонтальная неоднородность велика, основной источник пищи – взвешенный детрит с адсорбированным РОВ	Преобладает вертикальная и сезонная изменчивость, пятнистость умеренная, главный источник пищи - фитопланктон
Бентос	Низкое разнообразие с минимумом в литорали, продуктивность от низкой до умеренной, в первые годы высокая при затоплении наземной растительности	Разнообразие и продуктивность умеренное до высокого
Ихтиофауна	Преимущественно теплолюбивые виды рыб, нередко отличные от первоначального состава, условия нереста ухудшаются при низком уровне, продуктивность вначале высокая, затем уменьшается	Хорошие условия нереста, меньше гибель икры, хорошие условия развития личинок, умеренная продуктивность

Учитывая выявленные особенности водохранилищ, становится важен вопрос о применимости индексов, классификаций и критериев трофического состояния к водохранилищам. Здесь мнения исследователей различны. Так, некоторые лимнологи подчеркивают необходимость разработки специальной типологии состояния экосистем водохранилищ, которая учитывала бы специфику водохранилищ . В тоже время в уже упоминавшейся международной программе по эвтрофированию не проводилось разделения оценок трофического состояния по водохранилищам и озерам. Это мнение разделяется рядом отечественных лимнологов, считающих, что интенсивность фотосинтеза в любом водоеме и даже в реках колеблется в одинаковом диапазоне, поэтому разделять объекты не следует [Баранов, 1961, Лебедев, 1988]. Проведенная проверка ряда классификаций на озерах и водохранилищах показала, что они вполне адекватны по всем показателям, за исключением прозрачности, которая в водохранилищах завышала трофический уровень. Причина этого видится в более высоком содержании минеральной (нефитопланктонной) мутности в водохранилищах. Помимо прозрачности, необходимо отметить еще некоторые особенности водохранилищ, которые необходимо иметь в виду при применении классификаций и индексов. Во-первых, вследствие ярко выраженной продольной неоднородности состава воды в водохранилище нередко наблюдается продольная неоднородность абиотических и биотических элементов экосистемы и, соответственно, трофических условий . Поэтому при применении показателей трофии для характеристики всего водохранилища необходимо их пространственное осреднение с учетом площадей и объемов участков водохранилища. Во-вторых, характерные для водохранилищ и редко наблюдающиеся в озерах плотностные потоки могут приводить к сбросу поступающих в них биогенных элементов без перемешивания с основной водной массой водохранилища. Наконец, Линд и др. выявили, что в обследованных ими водохранилищах наблюдалось неадекватное соответствие между содержанием общего фосфора и трофическим состоянием. Эти особенности вызвали попытки разработки специальных индексов трофического состояния, применимых исключительно для водохранилищ и дающих более адекватную оценку, чем обычные общеиспользуемые. Заслуживает внимания опыт разработки специального индекса для оценки трофического состояния водохранилищ, предложенный для каскада Тенесси Дж.Кохом . Выделив в системе регулирования бассейна р.Тенесси глубокие водохранилища, расположенные на притоках р.Тенесси, и относительно мелководные, расположенные непосредственно на р.Тенесси, Дж.Кох справедливо предположил, что для этих различных типов водохранилищ, индивидуальные индексы трофического состояния должны базироваться на различных показателях. Для водохранилищ на притоках показатель Коха представляет собой сумму относительного значения концентрации хлорофилла «а» и среднего из трех относительных значений концентраций биогенных элементов: неорганического углерода (щелочности), растворенного неорганического азота и общего фосфора. Эти относительные значения концентраций определяются как отношение разницы фактического среднего значения соответствующей концентрации в рассматриваемом водохранилище и минимального его значения во всей выборке к общему диапазону изменения соответствующих относительных значений во всех обследованных водохранилищах. Этот же принцип использовался при разработке показателя трофности для водохранилищ на р.Тенесси (собственно каскадных). Индекс равен сумме двух слагаемых. Первое – полусумма значений концентрации хлорофилла «а» и площади распространения макрофитов в водохранилище, второе – среднеяя величина следующих относительных значений: период водообмена, глубина видимости диска Секи, относительная площадь мелководий и относительная удлиненность. Однако, как подчеркивает Дж.Кох применимость этих индексов должна быть ограничена только водохранилищами, имеющими сходные лимнологические и водохозяйственные черты с водохранилищами каскада Тенесси, что по сути делает эти индексы исключительно индивидуальными для рассматриваемого каскада.

Рассматривая применимость наиболее распространенного индекса – индекса Карлсона – к оценке трофического состояния водохранилищ, В.Уокер предложил модифицировать уравнение Карлсона для прозрачности, включив в него дополнительный параметр, характеризующий так называемую нефитопланктонную мутность . Уравнение В.Уокера имеет вид

Где SD – глубина видимости диска Секки, м, α – дополнительный параметр, характеризующий так называемую нефитопланктонную мутность, обусловленную составляющей взвеси в водоеме, не связанной с фитопланктоном, 1/м. Величину α В.Уокер предлагает вычислять по эмпирическим формулам в зависимости от глубины водохранилища, периода его водообмена и широты местности, где оно расположено .

где h – глубина водохранилища, Т – период водообмена, φ – широта местности, где расположено водохранилище.

Эти зависимости получены В.Уокером по наблюдениям на водохранилищах Среднего Запада и Юга США, поэтому имеют региональное значение.

Индивидуальные индексы для оценки трофического состояния отдельных каскадов или систем водохранилищ безусловно позволяют более точно оценить изменения, происходящие в экосистемах этих водохранилищ, однако для их разработки нужны детальные комплексные лимнологические исследования в течение многолетнего периода, которые еще очень редки. Как показал широкий опыт применения классификаций трофического состояния, при ориентировочных оценках применение разработанных для озер методов определения трофического состояния вполне допустимо для водохранилищ при условии внимательного отношения к особенностям использования соответствующих показателей состояния этих водных объектов.

Автореферат диссертации

Биотических и абиотических закономерностях и особенностях экосистем элементов водохранилищ и озер [Мордухай-Болтовская, ...

Закономерности и факторы устойчивости пресноводных экосистем к антропогенному загрязнению

Автореферат диссертации

Биотических и абиотических закономерностях и особенностях функционирования пресноводных экосистем России в... содержанием природных веществ (элементов ) в поверхностных водах... исследований по лимнологии водохранилищ и озер [Мордухай-Болтовская, ...

О т ч е т прогноз качества воды в водохранилище и в нижнем бъефе богучанской гэс

Документ

Количество остальных элементов в... экосистем , так и с природными условиями водосбора. В этом процессе участвуют абиотические ... водохранилища . Новосибирск: Наука, 1973. С. 78–118. Винберг Г.Г. Общие особенности продукционного процесса в Нарочанских озерах ...

Экосистема озера характеристики, примеры

Озера возникли на Земле очень давно, их происхождение имеет разные источники, которые оказали влияние на формирование и развитие экологической системы того или иного водоема.

Под экосистемой принято понимать комплекс всех живых и неживых растений, животных, микроорганизмов, проживающих в озерах. Также озерные экосистемы охватывают различные физические и химические процессы, которые протекают в водоеме.

Описание

Экосистемы – открытые по структуре и принципам функционирования. Для того, чтобы экологическая структура работала, нужно наличие ресурсов, энергии.

экосистема озера фото

В работу экосистемы не должны вмешиваться внешние факторы, работают только внутренние силы, производящиеся системой. В озере должны водиться самые разные группы живых растений и организмов.

Характеристика

Основным структурным элементом экосистемы является солнечный свет, вступающий источником энергии. Ее поглощает планктон, когда лучи солнца проходят через воду. Освещение в озере в верхних уровнях лучше, чем в глубинных. Наличие компенсационного уровня, под которым понимается минимальная глубина, куда проникает свет, необходимый для растений. Когда они поглощают свет, происходит замедление фотосинтеза и уравновешивается расход пищи и дыхания.

обитатели озера фото

Место компенсационного уровня зависит от качества воды, ее чистоты, прозрачности, различных свойств воды. Растения, расположенные выше линии, способны выработать большое количество кислорода. Ниже находятся организмы, которым не надо много кислорода.

Экосистема озера отличается большим разнообразием в самых верхних слоях, где много пищи, кислорода, тепла. Наверху озера живут следующие виды растений:

На нижних уровнях живут редуценты, которые в пищу используют останки умерших животных и отмерших растений. Жителями этой части экосистемы являются:

Примеры экоситемы озера

Делятся на 4 вида:

• Микроэкосистема – простейшая, находится снизу. Представлена каплей воды из озера.
• Мезоэкосистемы – имеют большую форму, территорию. Это озера разного размера.
• Макроэкосистемы – крупные водоемы, к которым можно отнести океан.
• Глобальная экологическая система – вся жизнь на планете.

• Из-за увеличения количества фосфора в воде и повышения температуры в озере происходит дисбаланс в жизнедеятельности системы. В результате рушится нормальная структура, вода становится мутной, цветущей, появляется много планктона, снижается количество кислорода.
• На экосистему оказывают влияние тектонические сдвиги плит, таяние ледников, изменение русел рек.
• В экосистему не входят азот и фосфор, способные вызвать рост растений. Избавиться от этого явления невозможно, поскольку в озера сбрасывают промышленные отходы, канализацию, бытовые стоки, воду, которую используют для сельского хозяйства.
• При дисбалансе в функционировании экосистемы начинается быстрый рост водорослей. Если процесс не остановить, тогда начнется гибель водоема.
• Живые организмы добавляются человеком в озера специально, чтобы разводить полезных рыб, моллюсков и червей.

По своему строению и принципу действия природные экосистемы являются открытыми системами. Неотъемлемое условие их функционирования заключается в возможности отдавать и получать различные виды энергии и ресурсов. Без этого вечного круговорота Земли рано или поздно исчерпались бы. Кроме того, экосистемой считается только та система, которая способна существовать без внешнего вмешательства. Все необходимое для функционирования она производит сама. Для поддержания непрерывного потока веществ в любой отдельно взятой экосистеме должны присутствовать функционально разные группы живых организмов.

По размеру занимаемой территории, а также количеству вовлеченных в круговорот элементов живой и неживой природы различают системы четырех видов. В самом низу находится микроэкосистема, простейшим примером которой может послужить капля человеческой крови или воды из реки. Далее следуют мезоэкосистемы. К данной категории относится экосистема озера, водоема, прерии, степи или, например, леса. На третьем месте находятся макроэкосистемы, которые представляют собой целые континенты и океаны. И самой крупной экосистемой считается сама планета Земля, точнее сказать - вся жизнь на ней. Данная система носит название глобальной.

Структура экосистемы

Основным источником энергии в озере является солнечный свет. Когда лучи проходят через толщу воды, большую часть энергии поглощает планктон, чтобы затем использовать ее для процессов фотосинтеза. Оставшийся свет постепенно поглощается самой водой. Поэтому освещенность на верхних уровнях всегда большая, а ближе ко дну уменьшается. Любая достаточно крупная экосистема озера имеет так называемый компенсационный уровень. Это глубина, которой достигает минимально необходимое растениям количество света. Фотосинтез у таких растений замедляется, чтобы уравновесить другие показатели - дыхание и расход пищи.

Расположение компенсационного уровня напрямую зависит от свойств воды, ее чистоты и прозрачности. Он является некой условной разделительной линией. Выше нее растения вырабатывают избыточное количество кислорода, которым затем пользуются другие живые организмы. А ниже разделительной линии кислорода, наоборот, слишком мало. Основная его часть попадает на глубину из других, верхних слоев воды. Таким образом, ниже компенсационного уровня обитают только те живые организмы, которые могут обходиться минимальным количеством кислорода.

Общее распределение обитателей

Очевидно, что на верхних уровнях экосистема озера заселена куда большим разнообразием видов, чем в придонной зоне. Данный факт обусловлен более благоприятными условиями для жизни, количеством пищи, тепла и кислорода на мелководных участках. Там во множестве обитают укореняющиеся лилии, камыши, тростник, стрелолист.

Они, в свою очередь, служат убежищем для насекомых и членистоногих, червей, моллюсков, головастиков. Также здесь находят себе пищу многие виды рыб. Самые мелкие членистоногие, для существования которых требуется большое количество света, живут у самой поверхности. Здесь же произрастает свободно плавающая ряска.

На своих нижних уровнях озерная экосистема становится местом обитания для разного рода редуцентов, питающихся отмершими останками животных и растений. Также здесь обитают многие хищные виды рыб, такие как щука и окунь, и некоторые беспозвоночные организмы. Эти виды или питаются опускающимися с верхних слоев воды мертвыми существами или охотятся друг на друга.

Влияние загрязнения на озерные экосистемы

Одним из важнейших природных элементов для таких систем является фосфор. От его количества зависит общая Естественное содержание данного вещества в озерной воде невелико, но человеческая деятельность приводит к значительному увеличению концентрации. К основным причинам следует отнести попадающие в озеро слив избыточное использование удобрений, которые затем смываются дождями и подземными потоками. Все это привносит в экосистему несвойственное ей избыточное количество фосфора.

В результате нарушается структура и продуктивность отлаженной системы: начинает стремительно возрастать количество планктона, от которого вода приобретает мутно-зеленоватый оттенок. Озеро начинает «цвести», но это только первая стадия. Далее оно загрязняется элементами питания, воды становятся менее насыщенными кислородом и солнечным светом (планктон в огромных количествах поглощает то, что должны были получить другие обитатели). Последнее нарушает деятельность редуцентов, из-за чего вода наполняется медленно гниющими останками. На финальной стадии растения начинают вырабатывать токсины, вызывающие массовую гибель рыбы.

Другой вид загрязнения, из-за которого существенно страдает экосистема озера - тепловое. На первый взгляд оно не кажется серьезным: не добавляет в воду никаких химических веществ. Но ведь нормальное функционирование системы зависит не только от состава среды, но и от температуры. Ее повышение также способно спровоцировать рост растений, который запускает медленную, но верную гибельную реакцию. Кроме того, отдельные виды рыб и беспозвоночных приспособлены к жизни в узких температурных рамках. Повышение или понижение температуры в этом случае замедляет рост организмов или убивает их.

Данный вид загрязнения возникает в результате промышленной деятельности человека. Например такой, которая использует озерную воду для охлаждения турбин на заводах и электростанциях.

Похожие статьи