Озёрные экосистемы. Водные экосистемы. Виды водных экосистем, их характеристики. Основные компоненты экосистемы

1.3. Особенности и факторы пресноводных местообитаний

Пресные воды на поверхности континентов экосистем образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем и относительно неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут переходить из одного состояния в другое. В связи с этим пресноводные местообитания подразделяются на:

Лентические экосистемы - озера и пруды - стоячие воды;

Лотические экосистемы - родники, ручьи, реки - текучие воды;

Заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам - марши и болота.

Составляя весьма малую часть от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей:

1) пресные воды - практически единственный источник для бытовых и промышленных нужд;

2) пресноводные экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов;

3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды.

Лимитирующие факторы водной среды - температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная - от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30-40 м в чистых горных озерах. Течение - также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах - влияет на распространение организмов и содержание газов и солей.

Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода, чего нельзя сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается недостаток кальция и некоторых других элементов.

На численности и расселении водных организмов, в особенности рыб, сказывается пространственное разделение пресных водоемов: в разных водоемах одни и те же экологические ниши занимают рыбы разных видов.

Весьма существенна разница в концентрации солей у гидробионта и в окружающей водной среде, приводящая к осмотическим явлениям на границе «организм - вода». В зависимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде, жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонична (повышающая или понижающая давление в теле рыбы), и то и другое ведет к гибели животного. Это главная причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские - в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.

Водные организмы с экологических позиций можно классифицировать и по местообитанию в водоеме. Бентос - организмы, прикрепленные к дну, живущие в илистых осадках и просто покоящиеся на дне. Перифитон - животные и растения, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема. Планктон - организмы плавающие, зоопланктон даже активно может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с помощью течения. Нектон - свободно перемещающиеся в воде организмы - рыбы, амфибии и т. д.

Особое значение имеет распределение организмов по трем зонам водоема. 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. Эвфотической зоной называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лимнической зонах. Профундалъная зона - дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет.

В проточных водоемах последние три зоны не выражены, хотя их элементы встречаются. Перекаты - мелководные участки с быстрым течением; дно без ила, преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса. Плесы - участки глубоководные, течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные.

Приведенные выше классификации имеют важное значение в определении экологического положения того или иного организма в сообществах.

Характеристика пресноводных экосистем

Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые растения и плавающие зеленые растения - водоросли, некоторые высшие (рдесты) (Рис.1). Растения, укрепленные в дне, образуют три концентрические зоны:

1) зона надводной вегетации - фотосинтезирующая часть растений (камыши, рогозы и др.) находится над водой, абиогенные элементы извлекаются из донных осадков;

2) зона укрепленных в дне растений с плавающими по воде листьями (кувшинки) - у них та же роль, что и у растений первой зоны, но они могут затенять нижние толщи воды;

3) зона подводной вегетации - укорененные и прикрепленные растения, полностью находящиеся под водой и осуществляющие фотосинтез и минеральный обмен в водной среде (рдесты и прикреплённые водоросли - харовые).

Животные, консументы более разнообразны в литорали, чем в других зонах водоема. Перифитон представлен моллюсками, коловратками, мшанками, личинками насекомых и др. Многие животные нектона дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.).

В сообществах лимнической зоны продуцентом является фитопланктон. В водоемах умеренного пояса плотность его популяции заметно изменяется по сезонам. Весной «цветение» связано с массовым развитием приспособленных к прохладной воде диатомитовых водорослей, летом - зеленых, осенью - азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками, все другие - хищники. Нектон лимнической зоны - это только рыбы.

Сообщества профундальной зоны существуют без света. Фауна и флора здесь - в зоне поверхностного раздела вода-ил, где накапливается органический материал, - представлена бактериями и грибами (редуценты), а также бен-тосными формами - личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями (консументами).

Количество красных кольчатых червей возрастает с ростом загрязнения водоема сточными водами, т.е. по этому показателю можно судить о степени загрязнения водоема.

Действие на сообщества стоячих водоемов таких лимитирующих факторов, как содержание кислорода, температуры и освещенности, зависит от специфических особенностей этих водоемов - озер, прудов и искусственных водохранилищ.

Таблица 1

Пресные воды гидросферы

Озера - естественные пресноводные водоемы, образовались геологически сравнительно недавно за последние несколько десятков тысяч лет, и лишь возраст некоторых из них исчисляется миллионами лет, например Байкала. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее «перемешивании» и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по температурному режиму.

В озерах умеренного пояса в летнее время можно выделить в вертикальном разрезе три зоны: эпилимнион - до глубины, где происходит конвекция (циркуляция) воды; термоклина - это промежуточная зона, где вода не смешивается с водой верхней зоны; гиполимнион - область холодной воды, где нет циркуляции.

Термоклина обычно расположена ниже границы проникновения света, и запасы кислорода, в отрезанном от его источников гиполимнионе, истощаются. Наступает летний период стагнации. Осенью, вследствие выравнивания температур, происходит общее перемешивание воды и обогащение гиполимниона кислородом. Зимой, когда температура воды подо льдом становится ниже 4°С, что снижает ее плотность и снова приводит к стратификации озера и к зимней стагнации. Весной, после таяния льда, температура воды достигает 4°С, она тяжелеет и снова происходит весеннее перемешивание. Это классическая схема для водоемов Евразии и Северной Америки. В полярных областях и субтропиках общее перемешивание воды в водоемах бывает только один раз в году: в первом случае -- летом, во втором - зимой. В водоемах тропиков перемешивание воды идет постоянно, но медленно, а общее ее перемешивание происходит редко и нерегулярно.

Цветение фитопланктона обычно приурочено к перемешиванию, когда вфотической (освещенной) зоне появляются воды, обогащенные природными биогенными компонентами. С точки зрения продуктивности озера подразделяются на две группы:

1) олиготрофные (малокормные);

2) эвтрофные (кормные).

Продуктивность лентических экосистем зависит также от поступающих веществ с окружающей суши и от глубины озера (наиболее продуктивны мелкие озера).

Пруды обладают хорошо развитой литоралью, и стратификация практически отсутствует; образуются они в различных понижениях, часто временно пересыхают летом или в засушливые годы. Фауна прудов способна переживать сухие периоды в покоящемся состоянии или перебираться в другие водоемы (земноводные). Естественные пруды высокопродуктивны. В искусственных прудах, в основном, человек сам подкармливает рыб.

Водоемы со стоячей пресной водой в геологическом отношении большей частью относительно молоды.

Продолжительность жизни прудов колеблется от немногих недель или месяцев (для небольших временных прудов) до нескольких сотен лет (для самых больших прудов). Хотя немногие озера, такие, как озеро Байкал в России, являются древними, большинство крупных озер ведет свое начало только с ледникового периода. Можно считать, что экосистемы стоячих вод меняются во времени примерно обратно пропорционально своим размерам. Хотя географическая прерывистость пресноводных водоемов благоприятствует процессу видообразования, отсутствие изоляции во времени этому не способствует. Вообще же говоря, в пресноводных сообществах видовое разнообразие невелико и многие систематические группы (виды, роды, семейства) широко представлены на пространстве континента и даже на пространстве прилегающих континентов. По этой причине, а также потому, что пресноводные бассейны относительно замкнуты с энергетической точки зрения, пруд и был рассмотрен детально как пример экосистемы.

Четкая зональность и стратификация характерны для озер и больших прудов. Различают следующие типы зон: литораль, зону в которой растут прибрежные укореняющиеся водяные растения, лимнетическую зону открытой воды, в которой господствует планктон, и профундаль, глубоководную зону, в которой обитают только гетеротрофы. В озерах умеренного климата летом и зимой создается стратификация слоев воды в отношении температуры в итоге нагреваний и охлаждений. Верхний слой озера, или эпилимнион (от греческого limnion - озеро), временно изолируется от нижнего слоя, или гиполимниона, зоной термоклина, которая действует как барьер в отношении обмена веществами. В результате запас кислорода в гиполимнионе и питательных веществ в эпилимнионе могут оказаться исчерпанными. Весной и осенью, когда температура всей массы воды выравнивается, вновь происходит перемешивание. За этим сезонным омоложением экосистем часто следует «цветение» фитопланктона.

Первичная продукция в экосистемах стоячих вод зависит от химической природы водоема, природы вноса с текучей водой или с суши и глубины водоема. Мелкие озера обычно более плодородны, чем глубокие. Например, один исследователь установил, что улов рыбы в килограммах с 1 га поверхности в нескольких больших канадских озерах был обратно пропорционален их средней глубине. Озера часто разделяют на олиготрофные («малопродуктивные») и эвтрофные («с хорошей продуктивностью») в зависимости от их продуктивности. То, что теперь называют «искусственной эвтрофикацией озер», создало большие неприятности в районах, расположенных по соседству с большими городами и около людных мест летнего отдыха. Неорганические удобрения сточными водами повышают уровень первичной продукции и, возможно, также и рыбной продуктивности, но при этом видовой состав сообщества так изменится, что не будет удовлетворять человека. Например, промысловые рыбы, такие, как форель, нуждающиеся в холодной, чистой, богатой кислородом воде, могут исчезнуть; рост водорослей и других водных растений может оказаться столь пышным, что будет мешать купанию, езде на лодках и ловле рыбы; может случиться, что разлагающиеся органические вещества в воде могут придать ей плохой вкус, даже если ее пропустить через очистительные системы. Таким образом, с точки зрения использования воды и жизни человека на берегу, в биологическом отношении бедное озеро может оказаться более желательным, чем озеро с высокой продуктивностью. Снова парадокс! В некоторых районах биосферы человек делает все возможное для увеличения ее плодородия для своего прокормления, тогда как в других он стремится воспрепятствовать плодородию (путем удаления питательных веществ, ядовитых растений и т. д.) для создания приятной окружающей обстановки. Создание искусственных прудов и озер является одним из выдающихся приемов изменения человеком ландшафта там, где имеется нехватка естественных водоемов. В Соединенных Штатах в настоящее время почти на каждой ферме имеется по крайней мере один собственный пруд; большие водохранилища сооружены практически на каждой реке. Большая доля этой деятельности направлена на пользу и человека, и ландшафта в итоге стабилизации кругооборота воды и питательных веществ, а создание разнообразия в природе является противовесом к обычной тенденции человека делать ландшафт монотонным. Однако погоня за увеличением числа водохранилищ может увести слишком далеко; затопление плодородных земель и получение водоемов, не дающих высоких урожаев, нельзя считать наилучшим способом использования территории.

Люди, по-видимому, плохо подготовлены к изменениям, возникающим по ходу экологических сукцессий в искусственных прудах и озерах. Принято считать, что раз озеро создано, то оно вечно останется неизменным, как небоскреб или мост. На самом же деле в ход вступают все биологические процессы сукцессии, не говоря уже об изменениях в результате эрозии в подчас плохо защищенном русле. Увеличение видового разнообразия и падение чистой продукции сообщества часто приводят к обеднению рыбой по мере старения пруда. Простым решением вопроса (не всегда, однако, желательным или практичным) является периодическая осушка пруда с тем, чтобы масса воды удерживалась на юной или ранней стадии сукцессии. Такое оставление прудов под паром издавна практикуется в Европе и на Востоке.

Поскольку мелкие водоемы могут быть столь же продуктивны, как и равновеликие площади земли, водное хозяйство может быть полезным дополнением к сельскому хозяйству, особенно, если в пахотной земле чувствуется нехватка. Водное хозяйство высоко развито в отношении науки и практики в таких странах, как Япония, где очень высок сбор водорослей, рыбы и двустворчатых моллюсков в хозяйственно освоенных полуестественных водоемах как с пресной, так и с морской водой. Надо отметить, что в рыбоводстве очень важна плотность популяции. Там, где человеческое население густо и ощущает нехватку пищи, в прудах разводят растительноядных рыб вроде карпа; удается получать от 900 до 4500 кг с 1 га в год. Там, где людей мало и они не гонятся за пищей, внимание устремлено на разведение рыб для спортивного рыболовства; рыбы этого типа обычно относятся к хищникам, находятся в конце длинной пищевой цепи, и выход их гораздо ниже, а именно от 90 до 450 кг/га в год.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЗЕР И ОЗЕРНЫХ ЭКОСИСТЕМ

1. Некоторые физические процессы, формирующие структуру вод в озерах

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

2. Основные источники поступления биогенов в озера

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

3. Функционирование экосистемы озера, расположенного в умеренном поясе

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Литература

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

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

Урок по окружающему миру на тему:

«Экосистема озера»

Цель урока:

– познакомить учащихся с экосистемой озера, их особенностями и обитателями;

– показать взаимную приспособленность живых организмов – членов экосистемы озера, их зависимость от неживых компонентов и влияние на них.

Тип учебного занятия: урок открытие нового знания по учебнику Окружающий мир «Обитатели Земли». 3 класс. 1 часть, авторы А.А. Вархрушев, О.В. Бурский, А.С.Раутин. Вид учебного занятия: урок-исследование
Формы работы : работа в парах, групповая и индивидуальная работа.

Задачи:

Образовательные задачи:

создать условия для формирования первичного представления об озере как экосистеме;

познакомить учащихся с типичными представителями растительного и животного мира озера, их ролью в экосистеме;

закрепить степень усвоения учащимися нового материала и ранее изученной информации об экосистеме;

Развивающие задачи:

развивать пространственное воображение, познавательный интерес, кругозор, творческие способности, интерес к чтению энциклопедической литературы;

развивать умение работать с учебным текстом;

развивать навыки контроля и самоконтроля, навыки практической работы в группах;

развивать познавательную активность детей, умение наблюдать, сравнивать, обобщать и делать выводы.

Воспитательные задачи:

содействовать формированию личности ученика, поддерживать потребности и мотивы узнавать «новое»;

прививать уважительное отношение друг к другу, к народам, живущим на Земле;

формировать эмоционально-положительное отношение к предмету, показывая связь изучаемых предметов с жизнью;

воспитывать бережное отношение к природе.

Планируемые результаты:

Личностные УУД:

формирование целостного, социально-ориентированного взгляда на мир в его органичном единстве;

формировать мотивацию к обучению и целенаправленной познавательной деятельности;

воспринимать одноклассников как членов своей команды (группы);

вносить свой вклад в работу для достижения общих результатов;

быть толерантным к чужим и собственным ошибкам, другому мнению и проявлять готовность к их обсуждению.

Метапредметные УУД.

Регулятивные УУД:

совместно с учителем обнаруживать и формулировать учебную проблему;

после предварительного обсуждения самостоятельно формулировать тему урока и цель урока;

прогнозировать предстоящую работу: определение цели учебной деятельности, выбор темы, составление плана;

оценивать учебные действия в соответствии с поставленной задачей;

сверять свои действия с целью, учиться давать оценку результатов учебной деятельности;

выполнять самопроверку по эталону и корректировку своей деятельности.

Познавательные УУД:

ориентироваться в своей системе знаний;

извлекать и перерабатывать информацию для открытия новых знаний;

извлекать информацию, представленную в разных формах (текст, таблица, карта, иллюстрация, видео);

перерабатывать полученную информацию: делать выводы в результате совместной работы всего класса, группы, пары.

Коммуникативные УУД:

доносить свою позицию до других: высказывать свою точку зрения и пытаться её обосновать, приводя аргументы;

оформлять свои мысли в речевой форме и доносить свою позицию до других;

слушать других, пытаться принимать другую точку зрения, быть готовым изменить свою точку зрения;

совместно договариваться о правилах общения и поведения в группе и следовать им;

осознанно выбирать критерий качественной оценки работы группы.

Предметные УУД:

уметь объяснять значение терминов «озеро», «экосистема»;

знать, что такое озеро, экосистема, основных видов растений и животных озёр, их «профессии» в экосистеме;

уметь приводить примеры животных и растений экосистемы озера и обосновывать свой ответ.

Оборудование: А. А. Вахрушев, Д.Д.Данилов, О.В.Бурский, А.С. Раутиан Окружающий мир. 3 класс. ("Обитатели Земли"). Учебник в 2-х частях. Часть 1.-М.: Баласс, 2013. (Образовательная система "Школа 2100"); А. А. Вахрушев, О.В.Бурский, А.С. Раутиан Рабочая тетрадь к учебнику "Окружающий мир", 3 класс. (Обитатели Земли). - М.: Баласс, 2016. (Образовательная система "Школа 2100") , мультимедийный проектор, презентация к уроку, карточки для работы в парах; карточки с названием природных зон, энциклопедии, конверты с заданиями.

Ход урока

I . Организационный момент. (слайд 2)

Прозвенел звонок. Начинаем наш урок.

Сегодня у нас на уроке гости. Поприветствуем их. Садитесь.

Проверьте, всё ли необходимое лежит у вас на столе.

Сегодня мы продолжим встречу с удивительным и загадочным миром природы. Думаю, что вы готовы отвечать на вопросы и делать новые открытия.

II .Актуализация

Первая стадия – ВЫЗОВ (актуализация имеющихся знаний, мотивация к дальнейшей работе, пробуждение интереса к получению новой информации)

Прочитайте слова на доске. - Слайд 1

единство

живая и неживая природа

сообщество

живые организмы

разные профессии

способно

совместные усилия

поддержка

круговорот веществ

Для какого определения они являются опорными?

(Это опорные слова для определения экосистемы)

Что такое экосистема?

(Экосистема - это единство живой и неживой природы, в котором сообщество живых организмов разных "профессий" способно совместными усилиями поддерживать круговорот веществ)

Назовите составные части экосистемы.

(Экосистема включает в себя воздух, воду, почву, горные породы и производители, потребители и разрушители)

- Из каких групп состоит экосистема? (Живая и неживая природа) слайд 4

Что отнесём к живой природе? (Производителей, потребителей и разрушителей).

А к неживой природе? (Воздух, воду, почву, горные породы).

Какой процесс происходит внутри экосистемы? (круговорот веществ).

Как вы понимаете сочетание слов "круговорот веществ"? (учебник с.29- цепочка превращений, которая начинается одним и тем же веществом ).

III. Формулирование темы урока.

Отгадайте загадку: Слайд 5

Глядятся в него молодые рябинки,
Цветные свои, примеряя косынки.
Глядятся в него молодые березки,
Свои перед ним поправляя причёски.
И месяц, и звёзды-
В нём всё отражается:.
А как это зеркало называется? ( озеро )

Итак, о чём мы будем говорить сегодня на уроке?

ТЕМА УРОКА - ЭКОСИСТЕМА ОЗЕРА.

IV. Постановка целей урока.

Что вы знаете об озере?

Продолжите фразу: "Я знаю:" - Слайд 6-10

Озеро - это скопление воды в природном углублении на суше.

Озёра бывают проточные и бессточные.

Бессточное - это озеро, не имеющее выхода вод, из него не вытекают реки и ручьи.

Прочное - это озеро, имеющее выход вод, из него вытекают реки, ручьи.

Озёра бывают пресные и солёные.

Самое большое пресное озеро – Байкал.

Самое большое озеро в мире - Каспийское озеро - море.

Продолжите фразу: "Я хочу узнать:" - Слайд 11

Какие организмы живут в озере?

Какова их роль?

Почему озеро зарастает?

V. Решение проблемы.

Вторая стадия – ОСМЫСЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ (Направлена на сохранение интереса при получении новой информации, постепенное продвижение от знания «старого» к «новому»).

- Как вы думаете, является ли озеро экосистемой?

Чтобы ответить на этот вопрос самостоятельно изучите материал учебника на с. 47-49 и найдите составные части экосистемы.

Я буду заполнять по вашим ответам схему «ФИШБОУН» Слайд 12

Прием «Фишбоун »-рыбная кость.

Что вы узнали?

(В озере обитают производители, потребители и разрушители). Слайд 13

Кто же является представителями производителей, потребителей и разрушителей озёр и какую работу они выполняют, нам предстоит узнать.

Сейчас вы будете поработать в группах. Для начала давайте п овторим Устав групповой работы: (слайд 14)

Уважай своего товарища.

Умей каждого выслушать.

Не согласен – предлагай!

Разбейтесь на группы.

У каждой группы на столе лежит конверт с заданием. Для его выполнения изучите материал учебника с. 46-49. Приступили к работе.

(Самостоятельная работа в группах)

Задания группам:

Производители озера

Потребители озера

Разрушители озера

Обмен веществ в озере

Работа разрушителей озера

(Отчёты групп)

- Что вы можете рассказать о производителях озёр? Слайд 15

Экосистема озера двухэтажная. Верхний этаж составляют мелкие организмы, которые плавают в толще воды и переносятся течением, их называют планктоном. К нему относятся одноклеточные растения – водоросли и животные.

Слайд 16 На дне растут более крупные растения: элодея, хара.

Вблизи берегов видны кувшинки: белые - лилии и желтые – кубышки.

Также по берегам озер растет рогоз, камыш.

(Опережающее задание) 1 ученик

Щ. Элодея довольно широко распространена. Эти водоросли могут выживать в любых условиях и вытеснять все другие растения, поэтому ей дали прозвище "водяная чума".

Щ. Белая кувшинка – самый крупный и красивый водный цветок наших мест. У кувшинки толстое корневище, которое лежит на дне, а крупные листья плавают на воде. Цветки белые, имеют приятный аромат. Цветок чем-то напоминает пышную белую розу. Белая кувшинка занесена в Красную книгу.

Щ. Рогоз – это широко распространенное растение, которое многие ошибочно называют камышом. В старину рогозом застилали крыши, плели изгороди.

Что вы узнали о потребителях? Слайд 17

- Потребители озёр – водоросли, мелкие рачки и рыбы: карась, плотва, уклейка, щука, ротан, ёрш.

(Опережающее задание) 3 ученика

1. Щ. Множество одноклеточных водорослей привлекает внимание потребителей. Среди них преобладают мелкие рачки: циклопы, дафнии . Их используют в качестве корма для рыб любители аквариумов. Они фильтруют воду, забирая мелкие водоросли. Один такой рачок, которого можно увидеть только в лупу, пропускает за сутки 1 литр воды.

2. Щ. Рачками кормятся многие рыбы: карась, плотва, уклейка.

Карась. Обыкновенный карась живет в заболоченных, заросших водоемах. Любит заилиные места. На зиму обыкновенные караси закапываются в ил (до глубины 70 см) и выживают даже тогда, когда в холодные зимы мелкие стоячие водоемы промерзают до самого дна.

Плотва – стайная рыба. Плотва обитает в глубоких местах со спокойной и теплой водой. Плотва питается разнообразной пищей: моллюсками, водорослями, червями, личинками насекомых.

3. Щ. Этими рыбами, в свою очередь, нередко лакомятся хищные: щука, ротан, ёрш.

Щука – это самый известный озерный хищник. Её легко узнать по длинному пятнистому телу. В основном щука питается больными и ослабленными рыбами и является биологическим санитаром озера.

Какую роль в жизни озера играют разрушители и кто к ним относится ? Слайд 18

-Разрушители озёр: бактерии, мотыль, рак, прудовик и беззубка.

(Опережающее задание) 2 ученика

Щ. 1. МИКРООРГАНИЗМЫ (микробы)-

мельчайшие организмы, видимые только в микроскоп, например, бактерии. Играют большую роль в круговороте веществ в природе.

Мотыль- личинки комаров. Обитают на дне озёр и питаются остатками умерших организмов.

Раки – водятся в чистых водоемах. Они предпочитают глубину до трех метров. Тело рака покрыто крепким панцирем. Клешни – это грозное оружие, которое рак использует на охоте и для защиты от врагов. Рак – ночной хищник. Раки линяют. Во время линьки раки не только меняют свой панцирь, но вместе с ним обновляют и жабры, и пищеварительные органы.

2. Щ. Прудовик – это подвижные и самые прожорливые водные улитки. Питаются водорослями, остатками погибших организмов, икринками. Они хорошо очищают воду.

Беззубка – крупный моллюск. Беззубки очищают воду, пропуская ее через себя в поисках пищи.

Слайд 19

- Можем теперь сделать вывод, что озеро – это экосистема?

- Вспомним полное определение экосистемы. (Единство живой и неживой природы, в котором сообщество живых организмов разных профессий способны совместными усилиями поддерживать круговорот веществ ).

Докажите, что круговорот веществ в озере существует.

(Отчёт 4 группы) 2 человека у доски. (Пока группы отчитываются эта группа составляет круговорот веществ в озере). Слайд 20

IV группа - от производителей потребители получают органические вещества, умершие организмы разрушаются мусорщиками. От них потребители получают минеральные вещества, которые снова преобразуются в органические. Таким образом, в озере происходит круговорот веществ.

- Итак, какой вывод можно сделать?

- Озеро – это экосистема, т.к. в нём присутствуют все его части и есть круговорот веществ. Слайд 21

Физминутка Слайд 22

- На нашей схеме отсутствует голова- это то, чего мы еще не знаем.

Ответьте на такой вопрос: «Почему озеро зарастает?» фишбоун Слайд 23

Постановка проблемы.

Вернёмся к схеме круговорота веществ озера. А что необычного вы заметили на схеме этого круговорота веществ?

- От мертвых организмов идет черная стрелка, направленная вниз.

Что она обозначает?

Прочитаем диалог Лены и Миши на странице 46. Ребята помогут вам найти ответ на этот вопрос. (Чтение диалога вслух по ролям). Слайд 24

(Отчёт 5 группы)

V группа - разрушители не справляются со своей работой. Поэтому мёртвые организмы накапливаются на дне. Круговорот замкнут не полностью, часть веществ оседает на дне.

- Если круговорот не замкнут, как вы думаете, повлияет ли это на условия в экосистеме? (Да)

- И что же может произойти с экосистемой? (Она может разрушиться. Озеро зарастает и со временем превращается в болото).

Слайд 24 - щелчок

Вот это мы и поместим в наш «хвост» Слайд 25

- Давайте проверим наше предположение по учебнику. Вывод на с. 46.

VI . Практическое применение знаний, полученных на уроке.

Много интересного вы узнали об озере.

Откройте рабочую тетрадь на стр. 23 и выполните задание 2, поработав самостоятельно.

Проверим правильность выполнения задания (слайд 26)

Вопросы к ученику (начало формирования алгоритма самооценки):

– Что тебе нужно было сделать?

– Удалось тебе выполнить задание?

– Ты выполнил правильно или были недочёты?

– Ты выполнил всё сам или с помощью товарища?

– Сейчас мы вместе с … (имя ученика ) учились оценивать свою работу.

– Молодец! Ты не только правильно выполнил задание, но и объективно оценил свою работу.

VII . Итог урока (рефлексия)

Третья стадия – РЕФЛЕКСИЯ (Необходимо вернуть учащихся к первоначальной информации, внести изменения уточнения в таблицу. Дать творческое задание).

Человек может повлиять на судьбу озера?

Как вы думаете, должен человек вмешиваться в экосистему озера? (да, если он хочет сохранить озеро, как место отдыха, ловли рыбы, памятника природы).

Вы не раз отдыхали на озерах. И видели, в каком состоянии находятся наши озера.

Чем вы можете помочь озеру?

Рефлексия Слайд 27

Синквейн

1.Озеро

2.Чистое, прозрачное, полезное

3.Охранять, не засорять, отдыхать, купаться,

4. Бороться с браконьерами. Стараться не загрязнять места отдыха.

5. Водоем.

Итог урока

Наш урок подходит к концу. Давайте подведём итоги.

- Продолжите фразу: " Я узнал:" - Слайд 28

Попробуйте в 1 предложении сказать. (Озеро- это экосистема, в которой круговорот не замкнут.)

Какие главные выводы вы можете сделать? (озеро – это природное богатство, которое нужно охранять)

VIII . Задание на дом:

а) чтение текста учебника – стр. 46 – 49;

б) в рабочей тетради № 1, 4, 5 стр. 23-24;

в) составить памятку об охране озер (по желанию).

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

Основные компоненты экосистемы

Я пришел к выводу,

– пишет известный американский ученый Е. Одум, –

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

Что же это за четыре компонента, составные части экологической системы (и в масштабах пруда, и в масштабах всей биосферы, которую можно воспринимать как экосистему планеты Земля)?

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

Лягушка - частый обитатель водоема.

Экосистема

Четыре компонента и один круговорот, круговорот веществ в природе. От простых веществ через растения, животных, грибы и бактерии – вновь к простым веществам. Вертится эта мельница беспрерывно и в пруду, и в экосистеме планеты в целом. А двигателем является солнечная энергия. Таким образом, экосистемой может считаться такая система из неживых и живых компонентов, в которой эти все четыре составных действуют, живут, развиваются. Отсюда можно сделать вывод, что экосистема не камень, она живая, составные ее части объединены, связаны в одно большое целое . Если какие-то составные части плохо работают, другие части этого целого берут на себя долю их работы. Поэтому – экосистема очень устойчива, сбалансирована, уравновешена, находится в гомеостазе , как говорят экологи. Гомеостатический механизм позволяет экосистеме не только регулировать равновесное состояние системы, но и восстанавливать равновесие, если оно нарушено. До той поры, конечно, пока антропогенный пресс не становится таким мощным, что никакой гомеостаз не спасает устойчивость экосистемы.

Пруд как экосистема

Рассматривая пруд как экосистему , можно сделать три важнейших экологических вывода:

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

Оценка состояния водоема

При оценке состояния водоема следует учитывать:

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

Чистота водоема это важный фактор для оценки состояния водной экосистемы.

Водоем как экосистема – его биогеоценоз

Систему водоема можно назвать и биогеоценозом – объединением живых и неживых ее частей. Нас же с точки зрения экологии интересует только живая часть этой системы. Если отодвинуть в сторону неживой компонент системы, то три последующие образуют биоценоз. В биоценозе водоема тоже гомеостаз, равновесие, увязка всех его составных, есть развитие. Можно представить биоценоз в виде шахматных фигур – отдельные виды животных и растений: все ходят по-разному и порознь, но все взаимосвязаны и в целом образуют игру, жизнь на шахматной доске. Из всех связей биоценоза важнее уловить пищевую цепь. Цепь эта всегда начинается с потребления солнечной энергии, следовательно, ее начало – растения. Попробуем составить пищевую цепь. Микроскопические планктонные водоросли потребляют рачки дафнии, их – мелкие личинки насекомых, которые становятся пищей молоди рыб, а эту молодь в свою очередь поедают рыбки покрупнее, тех же с аппетитом пожирают окуни, щуки, ну, а этих рыб ловим из водоема уже мы. Хорошая пищевая цепь получилась. Кстати, все, что мы потребляем, кроме поваренной соли и воды, – это солнечная энергия, «пропущенная» через пищевую цепь. Чем короче цепь, тем полнее, без потерь, доходит до нас эта энергия. Поэтому человек или животные-хищники на суше редко питаются плотоядными птицами и зверями – это нерациональное удлинение цепи. Только в воде мы с удовольствием вылавливаем и затем поедаем хищников, например , окуня, судака. Но бывает, что пищевая цепь получается в водоеме и не столь благополучной. Например: водоросли – дафнии – личинки – мальки – ерши. А щуки? Щукам остаются ерши, но из-за острых шипов на плавниках не очень любят их зубастые хищницы. К малькам же не подобраться, они на мелководье, там щукам не очень привычно, а вот ерши там так и снуют. Сам по себе – отменная рыба в ухе, но в водоеме с более ценной рыбой он выступает ее конкурентом и превращается в сорную вредную рыбу. Ясно, что это надо учесть при оценке водоема, а затем вместе со специалистами помочь ценным рыбам: организовать своего рода «прополку» водоема от сорняков.

Отношения между соседствующими видами в водоеме

В биоценозе могут существовать не напряженные и напряженные отношения между соседствующими видами в водоеме . Например, напряженные пищевые отношения – это когда виды конкурируют из-за сходных кормов. Зарыбление водоемов видом рыбы, которая питается теми же кормами, что и рыбы-старожилы в этом водоеме, не даст эффекта. Другое дело, если при зарыблении удастся избежать пищевой конкуренции видов рыб из-за расхождения их пищевых потребностей. Тогда и рыбы-старожилы живут успешно, и вновь вселенные рыбы хорошо растут, дают хороший улов. В последнее время рыбоводы стараются зарыбление проводить не одним видом рыб, а несколькими не конкурирующими по кормам рыбами, например карпом и пелядью. Блестящий результат дает вселение в водоем толстолобика, белого амура и карпа. Карп собирает корм возле дна, толстолобик питается планктоном, фитопланктоном (цветущая вода), а белый амур поедает высшую водную растительность.

Оценка водоема

При оценке водоема следует отнести его к естественным или к водохранилищам. К первым относятся реки, озера. А пруд? Он, конечно, искусственный водоем, образованный запрудой, но не всякий пруд может считаться водохранилищем. Может быть, решающее значение имеют его размеры? Нет, не размеры, не объем воды важен. Основным признаком водохранилища – и огромного и маленького пруда – является возможность регулирования расхода воды из водохранилища и его уровня.
Водохранилище - искусственный водоем.

Рыбоводные пруды

Для рыбоводства удобнее всего такие водохранилища, из которых можно совсем спустить воду. Обычно это рыбоводные пруды . После спуска воды можно вновь заполнять водоем и зарыбить только теми породами рыб, которые дают наибольший эффект при выращивании. Спускные водохранилища – лучшее средство борьбы с рыбной конкуренцией, лучшая «прополка» водоема от рыб-сорняков. Продуктивность водоемов можно повышать и другими путями, например внесением в водоем кормов для рыб или вселением кормовых организмов, которые сами будут быстро размножаться на радость рыбам и рыбоводу. Продуктивности водоемов способствует и удаление из них врагов промысловых рыб. Врагами рыб могут быть позвоночные – птицы, звери, но могут быть и беспозвоночные. Многие личинки насекомых поедают мальков рыб, а в целом все беспозвоночные в водоеме уничтожают больше пищи, чем все взятые вместе рыбы этого водоема. А еще необходимо учитывать оценку берегов, мелководий и заливов, характера и скопления водной растительности, температуры воды в разных местах и прогрева на разных глубинах... Поэтому водоем – это очень сложный объект природы.

Биоценоз водоема

Иными словами водоем – это живой организм, комплекс неживых и живых компонентов, образующих биоценоз, а у биоценоза есть молодость, зрелость, старость. Если биоценоз водоема сегодня способствует нересту, развитию ценных рыб, то наша задача сохранить подольше этот возраст водоема, постараться отодвинуть его старение. Если же биоценоз водоема склоняется к старению, надо тщательно установить причины этого явления и, если это возможно, постараться убрать ряд этих причин и омолодить водоем.

Обследование водоема

Чтобы определить, в каком состоянии находится водоем , надо его обследовать.

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

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

Выше 30°С вода прогревается только на мелководье, рыбы такую теплую воду, бедную кислородом, не любят и отходят на глубину. Повсеместный прогрев воды выше 25°С практически встречается только в мелких, отшнуровавшихся водоемах и из таких водоемов рыб надо переселять наиболее срочно. Наконец, оценивая водоем, в его паспорт заносят данные о населяющих его рыбах и других водных обитателях, в том числе врагах рыб. Сведения о водных растениях Заносятся в паспорт и сведения о водных растениях .
Водные растения - важный элемент любого водоема. Водоросли и мхи – исконные водные растения. Водоросли и мох фонтиналис целиком погружены в воду, мох сфагнум имеет водные экологические расы, растущие под водой (обычно в лесных озерах), чаще же сфагнум растет по болотистым низинам, временно заливаемым. Эти заросли полезны для мальков, хотя длинные нити зеленых водорослей порой так разрастаются, что мальки в них запутываются и гибнут. Все же в здоровом зрелом водоеме эти растения не разрастаются сплошной массой. Иначе обстоит дело с высшей водной растительностью – цветковыми растениями . Эти растения ранее, в ходе эволюции, покинули воду, переселились на сушу, а затем отдельные представители сухопутных растений вновь ушли в воду. Но характерно для них всех одно – почти все они не утеряли окончательно связь с бывшей родиной – воздушной средой. Ряска плавает на поверхности воды, кубышки и кувшинки выносят на поверхность листья и цветки (не цветут, если листья не достигли поверхности), элодея и перистолистник поднимают над водой цветки, камыши и осока растут над водой, лишь корни, нижняя часть стебля у них в воде. Если присмотреться к этим растениям то мы увидим, что в водоеме они располагаются обычно видовыми сообществами: вот отмель с лесом из элодеи , рядом бухта с роголистником, поодаль заросли рдестов, поглубже плавают зеленые тарелки кувшинок. Роголистник – единственное из высших растений, утерявшее связь с воздухом: он даже цветет в воде. У него нет корней, он тяжелый, погружен в воду. Если заросли роголистника плотно заполняют отмели, верхушки стеблей достигают поверхности воды, надо прореживать эти заросли: в них рыбам тесно, а хищные насекомые развиваются там успешно, подкарауливают мальков. Заросли роголистника легко удаляются руками, граблями, их выволакивают на берег, подальше от воды. Плохо, когда бурно разрастается элодея, ее заросли тоже мешают молоди рыб, создают для них излишне опасную зону. Убрать элодею так же легко, ее корни-якоря неплотно держат растение на грунте. У поверхности встречается похожее на роголистник, с мелкими иссеченными листьями плавающее растение от светло-зеленого до ярко-пурпурного летом цвета. Пушистые стебли плавают горизонтально, обильно ветвятся, цветки – над водой. Если присмотреться к этим стеблям – среди листочков видны пузырьки. Это – хищное растение пузырчатка. В пузырьки могут проникнуть мелкие животные, но из пузырьков обратно хода нет. Рачок или малек рыбы застревает, потом соки растения растворяют добычу, а стенки пузырька всасывают питательный раствор. Понятно, что этому хищнику не должно быть места в нерестовых водоемах, на отмелях, где происходит естественный нерест рыб. Пузырчатка не только может посягнуть на мальков рыб – в их самой сложной и ответственной стадии жизни, когда они слабы и беспомощны сразу после выклева из икры, – она к тому же выступает пищевым конкурентом мальков, поглощая несметные количества питательных коловраток и рачков – первичный корм рыбных малышей. Плавающая на поверхности ряска всех видов и приповерхностный вид – ряска трехдольная (ее листики не касаются воздуха) не страшны, пока не начинают бурно затягивать все заводи, а потом и весь водоем. Зарастание всей поверхности ряской – признак старения водоема. Такие рясочные «льды» надо убирать. Из водоема ряску вылавливают мешком, надетым на квадратную раму, плотным сачком. Ряска – хороший витаминный добавок к корму свиней и птиц, так что полезно ее высушить, собрать и использовать на фермах. Наконец, рогоза, осока, тростник – жесткая прибрежная растительность. Если ее немного по берегам, она не мешает, а если эти полуводные травы разрастаются, они мешают рыбоводству, могут поглотить и весь неглубокий водоем, превратить его в