Экосистема водоема схема: Экосистема пруда: описание

Пресноводные экосистемы. Установлено, что под влиянием загрязняющих веществ в пресноводных экосистемах отмечается падение их устойчивости, вследствие нарушения пищевой пирамиды и ломки сигнальных связей в биоценозе, микробиологического загрязнения, эвтрофирования и других крайне неблагоприятных процессов. Они снижают темпы роста гидробионтов, их плодовитость, а в ряде случаев приводят к их гибели. Наиболее изучен процесс эвтрофирования водоемов.[ …]

Пресноводные экосистемы в отличие от морских отличаются б?лыиим разнообразием. В зависимости от сочетания физико-химических и биологических показателей пресные водоемы делятся на 4 основных типа: олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и дистрофные (Корнберг, Дэвис, 1971). В работе (Любимова, 1971) показано, что значения коэффициентов накопления как 908г, так и, особенно, 137Сз у растений из озера с меньшим содержанием в воде кальция и калия заметно выше, чем у представителей водной флоры из озера с большей концентрацией в воде данных макроэлементов.

ПРЕСНОВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ (П .э.) — водные экосистемы, соленость воды в которых не превышает 3,5% (реки, озера, пруды, ручьи, временные водотоки). Если для организмов наземных экосистем основная проблема — добыча пищи и воды, то главным дефицитом в П.э. является содержание кислорода в воде. При общей схеме функционирования П.э. и наземных фотоавтотрофных экосистем (см. Аесные экосистемы), у них есть немалые отличия (табл. 31).[ …]

Экосистемы пресноводных водоемов подразделяются на проточные и стоячие. Проточные пресные экосистемы — ручьи и реки. Их площадь невелика в сравнении с площадью океанов. Они наиболее интенсивно используются человеком. Для организмов этих экосистем важное значение приобретает подвижность вод, способствующая перемешиванию и поступлению органического вещества из соседних озер и экосистем суши.[ …]

Экосистемы пресноводные — они подразделяются на три группы: лентические (от лат. — медленно, спокойно), стоячие воды (озера, пруды, водохранилища), лотические (от лат. — омывающий), проточные воды (реки, ручьи, родники) и заболоченные участки (марши и болота).

Биоценоз леса и водоемов — Сайт по биологии

Биоценоз леса и водоемов

Биоценоз леса|леса и водоёмов

В зависимости от состава живых организмов и среды|среды обитания всё|все экосистемыможно разделить на два основных типа: водныеи наземные.Облик наземного биоценоза определяется прежде всего его растительностью, которая зависит от климатических факторов. Это тундра, хвойные и лиственные леса|леса, луга|луга, степи|степи, саванны, пустыни и т. д. В качестве примера рассмотрим биоценозы леса|леса и водоёма.

Наземный биоценоз широколиственного леса|леса.Среди наземных биоценозов наиболее сложным по структуре и разнообразным по видовому составу является лес.Леса|Леса занимают огромные пространства суши|суши (около 26–30 %), это основной тип растительного покрова|покрова Земли|Земли. Они распространены на всех континентах, кроме Антарктиды. Это тропические леса|леса Южной Америки, Африки и Азии, листопадные леса|леса Европы и Северной Америки, тайга Сибири и Канады.

Леса|Леса – это природные комплексы, в составе которых преобладают деревья, образующие более или менее плотный древостой.

В зависимости от преобладающих видов растений различают леса|леса хвойные(сосновые, еловые), лиственные(широколиственные – дубравы, узколиственные – березняки), смешанные леса|леса(из хвойных и лиственных пород).

Рассмотрим биоценоз широколиственного леса|леса – дубравы.Широколиственный лес характеризуется прежде всего большим|большим разнообразием видов растений, что объясняется благоприятными природными условиями. Почвы обычно дерново-подзолистые, богатые питательными веществами и достаточно увлажнённые. В дубравах ярко выражена ярусность. Верхний ярус образуют высокие светолюбивые растения: дуб, ясень, липа. Более низкие – клён, вяз, груша, ясень, яблоня – образуют второй древесный ярус. Ещё ниже располагается подлесок, образованный кустарниками: лещиной, бересклетом, калиной, крушиной, жимолостью. Разные виды кустарников различаются по высоте. Например, кусты орешника – лещины достигают высоты|высоты 5 м, а бересклета – чуть выше человеческого роста|роста.

В дубраве хорошо развит травянистый покров. Многие растения имеют широкие листовые пластинки и крупные яркие соцветия, поэтому их называют дубравным широкотравьем. Некоторые лесные виды настолько приспособились к затенению, что не могут расти на открытых местах. Здесь господствуют среди трав сныть обыкновенная, осока, зеленчук, пролеска.

Особую группу среди травянистых растений составляют раннецветущие весенние эфемеры – медуница, пролеска, ветреница, хохлатка и др., которые расцветают ещё до распускания листвы на деревьях. Обычно это низкорослые травы|травы, они появляются сразу после схода снега|снега и через 2–3 недели зацветают. Цветки эфемеров образуют пёстрый ковёр, привлекая яркими красками насекомых-опылителей: шмелей, ос, пчёл. Ещё через 2–3 недели у них уже развиваются плоды с семенами|семёнами, а сами растения полегают, желтеют и засыхают. К концу весны|вёсны надземная часть у большинства отмирает, а подземные части сохраняются до следующей весны|вёсны.

В дубравах встречаются мхи, но, в отличие от хвойных лесов, здесь они не образуют сплошного ковра. Летние травы|травы теневыносливы, а в окраске цветов преобладает белый цвет, наиболее заметный для опылителей.

Богатство и разнообразие растительного покрова|покрова, ярусность, большое количество пищи|пищи определяют обитание многочисленных видов животных. Одна группа – это растительноядные насекомые, пауки, другие членистоногие, птицы, мышевидные грызуны, копытные (лоси, косули, олени). Вторую группу животных составляют плотоядные, хищники, и паразиты: клещи|клещи, наездники, мухи-тахины, насекомоядные птицы (кукушки, дятлы, синицы, славки), лисицы, волки, куницы, ласки.

Вследствие многоярусности животные распределяются по различным «этажам» и занимают разные экологические ниши. Пищевые цепи обычно состоят здесь из 4–5 звеньев.

В лесу число видов животных значительно больше, чем растений. Однако высокая продуктивность (до 10 т на 1 га ежегодно) продуцентов значительно перекрывает биомассу всех животных (около 10 кг на 1 га). Поэтому используется лишь 10–20 % ежегодного прироста растений. Это соотношение поддерживается автоматически. Саморегуляция позволяет сохранять видовой состав и численность. Однако иногда насекомые-вредители леса|леса размножаются в огромных количествах, уничтожая всю листву (непарный шелкопряд, листовёртки). Немалая часть биомассы ежегодно минерализуется. Это растительный опад и остатки животных, которыми питаются редуценты. К ним относятся личинки мух-падальщиков, черви, жуки, бактерии, грибы.

Таким образом, в биоценозе леса|леса прослеживается круговорот веществ и энергии.

Водный биоценоз.Структуры водных и наземных сообществ аналогичны. Распространение организмов здесь также зависит от температуры и солнечного света. Недостатка в воде нет, однако недостаток некоторых минеральных веществ ограничивает обилие живых организмов.

В открытой части водоёма различают две зоны жизни.

1. В верхних слоях воды|воды обитают мелкие организмы, составляющие планктон,преимущественно бактерии, простейшие, одноклеточные водоросли, мелкие ракообразные – дафнии, циклопы и т. д. Все они взвешены в воде, как бы «парят|парят».

Растительный планктон служит пищей для мелких планктонных животных, которыми, в свою очередь, питаются крупные, активно плавающие животные.

2. На дне водоёмов обитают организмы, образующие бентос:моллюски (устрицы, гребешки), ракообразные (омары, раки, крабы), кишечнополостные и т. д. В бентосе преобладают животные и бактерии-редуценты, лишь на малых глубинах можно встретить растения, в основном это бурые и красные водоросли. Недостаток кислорода, высокое давление воды|воды, отсутствие света затрудняют существование высших растений.

Главным источником энергии являются мёртвые растения и животные, опускающиеся на дно. Организмы-редуценты, беспозвоночные и глубоководные рыбы питаются этими остатками.

Наиболее благоприятные условия существуют в прибрежной зоне, где вода теплее, достаточно насыщена кислородом, лучше освещена. Здесь обитают многочисленные животные: членистоногие, моллюски, черви, одноклеточные, рыбы. В пресных водоёмах, например, обитают перловицы, беззубки, раки, личинки стрекоз, ручейников, жук-плавунец, водяные клопы, пиявки, многочисленные рыбы. Особенно богаты жизнью коралловые рифы тропических морей. Здесь достаточно высоки температура и освещённость, которые способствуют быстрому росту растений. Изобилие растений создаёт условия для существования животных.

Цепи питания в водных экосистемах аналогичны наземным биоценозам (рис. 103).

Рис. 103.Сравнение общей структуры наземного и водного биоценозов: I – растения, производящие органическое вещество: а – высшие растения; б – водоросли; II – животные – потребители органического вещества: а – растительноядные; б – плотоядные; в – питающиеся смешанной пищей; III – микроорганизмы – разрушители органического вещества

Но здесь большую|большую часть первичной продукции, органического вещества, производят не высшие растения, а низшие – водоросли. Кроме того, недостаток минеральных веществ сказывается на росте растений и величине первичной продукции. В водных биоценозах она значительно ниже по сравнению с наземными.

Продуктивность океана в 3 раза ниже, чем суши|суши, а биомасса водорослей в 10 000 раз меньше, чем биомасса наземных растений. Низкая продуктивность естественных водоёмов связана не только с недостатком минеральных веществ, но и с повышенной кислотностью, солёностью воды|воды.

Видео по теме : Биоценоз леса и водоемов

Биоценоз леса|леса и водоёмов

Понятие «экосистема» ввёл в 1935 году А. Тенсли, английский ботаник. Этим термином он обозначил любую совокупность организмов, обитающих совместно, а также окружающую их среду|среду. В его определении подчёркивается наличие взаимозависимости, взаимоотношений, причинно-следственных связей, существующих между абиотической средой и биологическим сообществом, объединение их в некое функциональное целое. Экосистема, как считают биологи — это совокупность всевозможных популяций различных видов, которые обитают на общей территории, а также окружающая их неживая среда.

Биогеоценоз — это природное образование, имеющее чёткие границы. Оно состоит из совокупности биоценозов (живых существ), которые занимают определённое место. Например, для водных организмов это место — вода, для тех, кто обитает на суше, — атмосфера и почва. Ниже мы рассмотрим примеры биогеоценоза, которые помогут вам понять, что это такое. Эти системы мы подробно опишем. Вы узнаете|узнаёте о том, какова их структура, какие существуют их виды и как происходит их смена.

Биогеоценоз и экосистема: различия

До некоторой степени понятия «экосистема» и «биогеоценоз» являются однозначными. Тем не менее по объёму они совпадают не всегда. Биогеоценоз и экосистема соотносятся как менее широкое и более широкое понятие. Экосистема не связана с неким ограниченным участком поверхности земли|земли. Понятие это можно применять по отношению ко всем стабильным системам неживых и живых компонентов, в которых происходит внутренний и внешний круговорот энергии и веществ. К экосистемам, например, можно отнести каплю воды|воды с находящимися в ней микроорганизмами, горшок с цветами, аквариум, биофильтр, аэротенк, космический корабль. А вот биогеоценозами их назвать нельзя. Экосистема может иметь в своём составе и несколько биогеоценозов. Обратимся к примерам. Можно выделить биогеоценозы океана и биосферы в целом, материка, пояса|пояса, почвенно-климатической области, зоны, провинции, округа|округа|округа. Таким образом, биогеоценозом можно считать не каждую экосистему. Мы выяснили это, обратившись к примерам. А вот любой|любой биогеоценоз можно назвать экологической системой. Надеемся, теперь вы уяснили специфику этих понятий. «Биогеоценоз» и «экосистема» нередко употребляются как синонимы, однако разница между ними всё-таки есть.

Особенности биогеоценоза

Множество видов обычно обитает в любом из ограниченных пространств. Между ними устанавливаются сложные и постоянные взаимоотношения. Другими словами, разные виды организмов, которые существуют в некотором пространстве, характеризующимся комплексом особых физико-химических условий, представляют собой сложную систему, которая сохраняется более или менее длительное время в природе. Уточняя определение, отметим, что биогеоценоз — это сообщество организмов различных видов (исторически сложившееся), которые тесно связаны между собой и с неживой природой, окружающей их, обменом энергии и веществ. Специфическая характеристика биогеоценоза заключается в том, что он пространственно ограничен и довольно однороден по видовому составу включённых в него живых существ, а также по комплексу различных абиотических факторов. Существование как целостной системы обеспечивает постоянное поступление в этот комплекс солнечной энергии. Как правило, граница биогеоценоза устанавливается по границе фитоценоза (растительного сообщества), который является его важнейшим компонентом. Таковы основные его особенности. Роль биогеоценоза велика|велика. На его уровне происходят всё|все процессы потока энергии и круговорота веществ в биосфере.

Три группы биоценоза

Главная роль в осуществлении взаимодействия между различными его компонентами принадлежит биоценозу, то есть живым существам. Они подразделяются по своим функциям на 3 группы — редуцентов, консументов и продуцентов — и тесно взаимодействуют с биотопом (неживой природой) и друг с другом. Эти живые существа объединены существующими между ними пищевыми связями.

Продуценты — это группа автотрофных живых организмов. Потребляя энергию солнечного света и минеральные вещества из биотопа, они создают тем самым первичные органические вещества. К данной группе относятся некоторые бактерии, а также растения.

Консументы — это организмы гетеротрофные, которые используют в виде пищи|пищи готовые органические вещества, служащие им источником энергии, а также веществ, необходимых консументам для их жизнедеятельности. Мы можем отнести к ним практически всех животных, растений-паразитов, растений-хищников, а также некоторых (паразитических) бактерий и грибов.

Редуценты разлагают остатки умерших организмов, а также расщепляют до неорганических органические вещества, тем самым возвращая в биотоп «изъятые» продуцентами минеральные вещества. Это, например, некоторые виды одноклеточных грибов и бактерий.

Пищевые отношения между группами биоценоза

Существующие между тремя этими компонентами биогеоценоза пищевые отношения определяют круговорот веществ и потоки энергии в нём. Улавливая энергию Солнца и поглощая минеральные вещества, продуценты создают органические вещества. Из них строится их тело. Таким образом солнечная энергия превращается в энергию химических связей. Поедая друг друга и продуцентов, консументы (растительноядные, паразитические и хищные организмы) тем самым расщепляют органические вещества. Они используют их, а также высвобождающуюся в результате этого энергию для обеспечения своей жизнедеятельности и построения собственного тела|тела. Редуценты, питаясь мёртвыми организмами, разлагают их органические вещества. Они добывают таким образом необходимые им энергию и материалы, а также обеспечивают возвращение в биотоп неорганических веществ. Так в биогеоценозе осуществляется круговорот веществ. Его постоянство является залогом длительного существования экологической системы, несмотря на то, что запас минеральных веществ является ограниченным в ней.

Динамическое равновесие системы

Динамическим равновесием характеризуются взаимоотношения организмов между собой и с окружающей их неживой природой. Например, в год, когда погодные условия благоприятны (множество солнечных дней, значения влажности и температуры оптимальны) растения производят повышенное количество первичных органических веществ. Такое обилие пищи|пищи приводит к тому, что грызуны начинают массово размножаться. Это, в свою очередь, вызывает увеличение паразитов и хищников, которые сокращают количество грызунов. В итоге это приводит к уменьшению числа|числа хищников, поскольку какая-то их часть гибнет от недостатка пищи|пищи. Тем самым исходное состояние экосистемы восстанавливается.

Виды биогеоценоза

Биогеоценоз может быть естественным и искусственным. К видам последнего относятся агробиоценозы и городские биогеоценозы. Остановимся подробнее на каждом из них.

Биогеоценоз естественный

Отметим, что каждый природный естественный биогеоценоз — это система, сложившаяся в течение длительного времени — тысяч и миллионов лет. Поэтому всё|все её элементы являются «притертыми|притёртыми» друг к другу. Это приводит к тому, что устойчивость биогеоценоза к различным изменениям, происходящим в окружающей среде, очень высока. «Прочность» экосистем не беспредельна. Глубокие и резкие изменения условий существования, сокращение числа|числа видов организмов (например, в результате масштабного вылова промысловых видов) приводят к тому, что равновесие может быть нарушено и он может быть разрушен. В этом случае происходит смена биогеоценозов.

Агробиоценозы

Агробиоценозы — это особые сообщества организмов, которые складываются на территориях, используемых людьми в сельскохозяйственных целях (посадки, посевы культурных растений). Продуценты (растения), в отличие от биогеоценозов естественного вида, представлены здесь одним видом культуры, выращиваемой человеком, а также определённым числом видов сорных растений. Разнообразие растительноядных животных (грызунов, птиц, насекомых и т. п.) определяет растительный покров. Это виды, которые могут питаться произрастающими на территории агробиоценозов растениями, а также находиться в условиях их культивирования. Данные условия определяют наличие и других видов животных, растений, микроорганизмов и грибов.

Агробиоценоз зависит, прежде всего, от деятельности человека (внесение удобрений, механическая обработка почвы, орошение, обработка ядохимикатами и др.). Устойчивость биогеоценоза этого вида слабая — он очень быстро разрушится без вмешательства людей. Это вызвано отчасти тем, что растения культурные намного более прихотливы, нежели дикорастущие. Поэтому они не могут выдерживать конкуренции с ними.

Городские биогеоценозы

Городские биогеоценозы представляют особый интерес. Это ещё одна разновидность антропогенных экосистем. В качестве примера можно привести парки. Основные экологические факторы, как и в случае с агробиоценозами, являются в них антропогенными. Видовой состав растений определяет человек. Он сажает их, а также осуществляет уход за ними и их обработку. Наиболее сильно изменения внешней среды|среды выражены именно в городах — повышение температуры (от 2 до 7 °С), специфические особенности почвенного и атмосферного состава, особый режим влажности, освещённости, действия ветров. Все эти факторы формируют городские биогеоценозы. Это очень интересные и специфические системы.

Примеры биогеоценоза многочисленны. Различные системы отличаются друг от друга по видовому составу организмов, а также по свойствам среды|среды, в которой они обитают. Примеры биогеоценоза, на которых мы подробно остановимся, — это листопадный лес и пруд.

Листопадный лес как пример биогеоценоза

Листопадный лес является сложной экологической системой. В состав биогеоценоза в нашем примере входят такие виды растений, как дубы, буки, липы, грабы, берёзы, клёны, рябины, осины и другие деревья, листва которых осенью опадает. Несколько их ярусов выделяется в лесу: низкий и высокий древесный, мохового напочвенного покрова|покрова, трав, кустарников. Растения, населяющие верхние ярусы, являются более светолюбивыми. Они лучше выдерживают колебания влажности и температуры, нежели представители нижних ярусов. Мхи, травы|травы и кустарники теневыносливы. Они существуют летом в полумраке, образующимся после развёртывания листвы деревьев. Подстилка лежит на поверхности почвы. Она образуется из полуразложившихся остатков, веточек кустарников и деревьев, опавшей листвы, мёртвых трав.

Лесные биогеоценозы, в том числе листопадные леса|леса, характеризуются богатой фауной. Их населяет множество норных грызунов, хищников (медведь, барсук, лисица), землероющих насекомоядных. Встречаются и живущие на деревьях млекопитающие (бурундук, белка|белка, рысь). Косули, лоси, олени входят в состав группы крупных травоядных. Кабаны широко распространены. В разных ярусах леса|леса гнездятся птицы: на стволах, в кустарниках, на земле или на вершинах деревьев и в дуплах. Имеется множество насекомых, питающихся листьями (к примеру, гусеницы), а также древесиной (короеды). В верхних слоях почвы, а также в подстилке обитает, кроме насекомых, огромное число и других позвоночных (клещи|клещи, дождевые черви, личинки насекомых), множество бактерий и грибов.

Пруд как биогеоценоз

Рассмотрим теперь пруд. Это пример биогеоценоза, средой жизни организмов в котором является вода. Крупные плавающие или укореняющиеся растения (рдесты, кувшинки, камыш) поселяются на мелководье прудов. Мелкие плавающие растения распространены по всей толще воды|воды, до той глубины|глубины, куда проникает свет. В основном это водоросли, которые называются фитопланктоном. Их иногда много, в результате чего вода делается зелёной, «цветёт». Множество сине-зелёных, зелёных и диатомовых водорослей содержится в фитопланктоне. Головастики, личинки насекомых, растительноядные рыбы, ракообразные питаются растительными остатками или живыми растениями. Рыбы и хищные насекомые поедают мелких животных. А за растительноядными и более мелкими хищными рыбами охотятся крупные хищные. Разлагающие органические вещества организмы (грибы, жгутиковые, бактерии) широко распространены по всей территории пруда. В особенности много их на дне, поскольку здесь скапливаются остатки мёртвых животных и растений.

Сравнение двух примеров

Сравнив примеры биогеоценоза, мы видим, насколько непохожи и по видовому составу, и по внешнему виду экосистемы пруда и леса|леса. Это обусловлено тем, что у организмов, населяющих их, разная среда обитания. В пруду это вода и воздух, в лесу — почва и воздух. Тем не менее функциональные группы организмов являются однотипными. В лесу продуценты — это мхи, травы|травы, кустарники, деревья; в пруду — водоросли и плавающие растения. В лесу в состав консументов входят насекомые, птицы, звери и другие беспозвоночные, населяющие подстилку и почву. К консументам в пруду относятся различные земноводные, насекомые, ракообразные, хищные и растительноядные рыбы. В лесу редуценты (бактерии и грибы) представлены наземными формами, а в пруду — водными. Отметим также, что и пруд, и лиственный лес, — это естественный биогеоценоз. Примеры искусственных мы приводили выше.

Почему биогеоценозы сменяют друг друга?

Биогеоценоз не может существовать вечно. Он неизбежно рано или поздно сменяется другим. Это происходит в результате изменения среды|среды живыми организмами, под влиянием человека, в процессе эволюции, при изменении климатических условий.

Пример смены биогеоценоза

Рассмотрим в качестве примера случай, когда сами живые организмы являются причиной смены экосистем. Это заселение скальных пород растительностью. Большое значение на первых стадиях этого процесса имеет выветривание пород: частичное растворение минералов и изменение их химических свойств, разрушение. На начальных этапах очень большую|большую роль играют первые поселенцы: водоросли, бактерии, накипные лишайники, сине-зелёные. Продуцентами являются сине-зелёные, водоросли в составе лишайников и водоросли свободноживущие. Они создают органическое вещество. Сине-зелёные из воздуха берут азот и обогащают им ещё малопригодную для обитания среду|среду. Лишайники растворяют выделениями органических кислот скальную породу. Они способствуют тому, что элементы минерального питания постепенно накапливаются. Грибы и бактерии разрушают созданные продуцентами органические вещества. Последние не полностью минерализуются. Постепенно накапливается смесь, состоящая из минеральных и органических соединений и обогащённых азотом растительных остатков. Создаются условия для существования кустистых лишайников и мхов. Ускоряется процесс накопления азота и органического вещества, образуется тонкая прослойка почвы.

Формируется примитивное сообщество, кот
рое может существовать в данной неблагоприятной обстановке. К суровым условиям скал хорошо приспособлены первые поселенцы — они выдерживают и мороз, и жару|жару, и сушь. Постепенно они изменяют среду|среду обитания, создавая условия для образования новых популяций. После того как появляются травянистые растения (клевер, злаки, осоки, колокольчик и др.), ужесточается конкуренция за питательные элементы, свет, воду. В этой борьбе пионеры-поселенцы вытесняются новыми видами. Кустарники поселяются за травами. Они скрепляют своими корнями формирующуюся почву. Лесными сообществами сменяются травяно-кустарниковые.

В ходе длительного процесса развития и смены биогеоценоза количество входящих в него видов живых организмов постепенно растёт. Более сложным становится сообщество, всё|все более разветвлённой делается его пищевая сеть. Увеличивается разнообразие связей, существующих между организмами. Всё|Все полнее сообщество использует ресурсы среды|среды. Так оно превращается в зрелое, которое хорошо приспособлено к условиям среды|среды и обладает саморегуляцией. В нём популяции видов хорошо воспроизводятся и другими видами не замещаются. Тысячи лет длится описанная смена биогеоценозов. Однако существуют смены, которые происходят на глазах всего лишь одного поколения людей. К примеру, это зарастание мелких водоёмов.

Итак, мы рассказали о том, что такое биогеоценоз. Примеры с описанием, представленные выше, дают наглядное представление о нём. Всё|Все, о чём мы рассказали, важно для понимания этой темы. Типы биогеоценозов, их структура, особенности, примеры — всё|все это следует изучить для того, чтобы иметь полное представление о них.

Водная экосистема — Aquatic ecosystem

экосистема в водоеме

Водная экосистема , является экосистемами в организме воды . Сообщества из организмов , которые зависят друг от друга и от окружающей их среды живут в водных экосистемах. Два основных типа водных экосистем — это морские экосистемы и пресноводные экосистемы .

Типы

морской

Морские экосистемы, крупнейшие из всех экосистем, покрывают примерно 71% поверхности Земли и содержат примерно 97% воды на планете. Они производят 32% чистой первичной продукции в мире . Они отличаются от пресноводных экосистем наличием в воде растворенных соединений , особенно солей . Примерно 85% растворенных веществ в морской воде составляют натрий и хлор . Средняя соленость морской воды составляет 35 частей на тысячу воды. Фактическая соленость варьируется в зависимости от морской экосистемы.

Морские экосистемы можно разделить на множество зон в зависимости от глубины воды и особенностей береговой линии. Океаническая зона является обширной открытой частью океана , где живут животные , такие как киты, акулы и тунец. Бентоса зона состоит из субстратов ниже воды , где живут многие беспозвоночные. Приливная зоной является областью между высоким и низкими приливами; на этом рисунке это называется литоральной зоной. Другие прибрежные (неритические) зоны могут включать устья рек , солончаки , коралловые рифы , лагуны и мангровые болота. На глубине воды могут возникать гидротермальные источники, где хемосинтезирующие серные бактерии образуют основу пищевой сети.

Классы организмов, встречающихся в морских экосистемах, включают бурые водоросли , динофлагелляты , кораллы , головоногие моллюски , иглокожие и акулы . Рыбы, пойманные в морских экосистемах, являются крупнейшим источником коммерческих кормов, полученных из диких популяций.

Экологические проблемы, касающиеся морских экосистем, включают неустойчивую эксплуатацию морских ресурсов (например, чрезмерный вылов определенных видов), загрязнение морской среды , изменение климата и застройку прибрежных районов.

Пресная вода

Пресноводные экосистемы покрывают 0,78% поверхности Земли и населяют 0,009% всей ее воды. Они производят почти 3% чистой первичной продукции. Пресноводные экосистемы содержат 41% известных в мире видов рыб.

Есть три основных типа пресноводных экосистем:

Лентик

Экосистемы озер можно разделить на зоны. Одна общая система делит озера на три зоны (см. Рисунок). Первая — прибрежная зона — это мелководье у берега. Здесь встречаются укоренившиеся болотные растения. Морское побережье разделено на две дополнительные зоны: зону открытой воды и зону глубоководья. В зоне открытой воды (или фотической зоне) солнечный свет поддерживает фотосинтезирующие водоросли и виды, которые ими питаются. В глубоководной зоне солнечный свет недоступен, и трофическая сеть основана на детрите, поступающем из литоральной и фотической зон. Некоторые системы используют другие имена. Прибрежные районы можно назвать пелагической зоной , фотическую зону можно назвать лимнетической зоной, а афотическую зону можно назвать профундальной зоной . Вдали от прибрежной зоны можно также часто идентифицировать прибрежную зону , растения которой все еще поражены присутствием озера — это может включать эффекты ветровалов, весенних паводков и зимних повреждений льда. Производство озера в целом является результатом производства растений, произрастающих в прибрежной зоне, в сочетании с продукцией планктона, растущего в открытой воде.

Водно-болотные угодья могут быть частью проточной системы, поскольку они естественным образом образуются вдоль большинства берегов озер, причем ширина водно-болотных угодий и прибрежной зоны зависит от наклона береговой линии и количества естественных изменений уровня воды в течение и между годами. Часто в этой зоне скапливаются мертвые деревья либо из-за ветровалов на берегу, либо из-за вывоза бревен на место во время наводнений. Этот древесный мусор является важной средой обитания для рыб и гнездящихся птиц, а также защищает береговую линию от эрозии.

Два важных подкласса озер — это пруды , которые обычно представляют собой небольшие озера, переходящие в водно-болотные угодья, и водоемы . В течение длительных периодов времени озера или заливы в них могут постепенно обогащаться питательными веществами и медленно заполняться органическими отложениями. Этот процесс называется сукцессией. Когда люди используют водораздел, объемы наносов, попадающих в озеро, могут ускорить этот процесс. Добавление отложений и питательных веществ в озеро известно как эвтрофикация .

Пруды

Пруды — это небольшие пресноводные водоемы с мелководьем и неподвижной водой, болотами и водными растениями . Далее их можно разделить на четыре зоны: зона растительности, открытая вода, донный ил и поверхностная пленка. Размер и глубина прудов часто сильно меняется в зависимости от времени года; многие пруды образуются в результате весеннего паводка из рек. Пищевые сети основаны как на свободно плавающих водорослях, так и на водных растениях. Обычно существует множество разнообразных водных организмов, в том числе водоросли, улитки, рыба, жуки, водяные клопы, лягушки, черепахи, выдры и ондатры. Лучшие хищники могут включать крупных рыб, цапель или аллигаторов. Поскольку рыба является основным хищником личинок земноводных, водоемы, которые ежегодно пересыхают, убивая обитающих там рыб, являются важным убежищем для размножения амфибий. Пруды, которые ежегодно полностью пересыхают, часто называют весенними бассейнами . Некоторые пруды образованы в результате деятельности животных, в том числе норы аллигатора и бобровые пруды, что придает большое разнообразие ландшафту.

Lotic

Основные зоны речных экосистем определяются уклоном русла реки или скоростью течения. Более быстро движущаяся турбулентная вода обычно содержит более высокую концентрацию растворенного кислорода , что поддерживает большее биоразнообразие, чем медленно движущаяся вода бассейнов. Эти различия лежат в основе разделения рек на равнинные и равнинные . Пищевая база ручьев в прибрежных лесах в основном состоит из деревьев, но более широкие ручьи и те, у которых нет кроны, получают большую часть своей пищевой базы из водорослей. Проходные рыбы также являются важным источником питательных веществ. Экологические угрозы для рек включают потерю воды, плотины, химическое загрязнение и интродуцированные виды . Плотина производит негативные эффекты, которые продолжаются вниз по водоразделу. Наиболее важными негативными последствиями являются сокращение весенних паводков, наносящих ущерб водно-болотным угодьям, и задержка наносов, что приводит к потере водно-болотных угодий в дельте.

Водно-болотные угодья

В водно-болотных угодьях преобладают сосудистые растения , приспособившиеся к насыщенной почве. Есть четыре основных типа водно-болотных угодий: болота, болота, топи и болота (как болота, так и болота являются типами болот ). Водно-болотные угодья являются наиболее продуктивными природными экосистемами в мире из-за близости воды и почвы. Следовательно, они поддерживают большое количество видов растений и животных. Из-за своей продуктивности заболоченные земли часто превращаются в сушу с дамбами и дренажами и используются в сельскохозяйственных целях. Строительство дамб и дамб имеет негативные последствия для отдельных водно-болотных угодий и целых водоразделов. Их близость к озерам и рекам означает, что они часто используются для поселения людей. После того, как поселения построены и защищены дамбами, поселения становятся уязвимыми для проседания земли и все возрастающего риска наводнений. Побережье Луизианы вокруг Нового Орлеана — хорошо известный пример; Дельта Дуная в Европе — другое.

Функции

Водные экосистемы выполняют множество важных экологических функций. Например, они перерабатывают питательные вещества , очищают воду, уменьшают наводнения, подпитывают грунтовые воды и обеспечивают среду обитания для диких животных. Водные экосистемы также используются для отдыха людей и очень важны для индустрии туризма , особенно в прибрежных регионах.

Здоровье водной экосистемы ухудшается, когда способность экосистемы поглощать стресс превышается. Нагрузка на водную экосистему может быть результатом физических, химических или биологических изменений окружающей среды. Физические изменения включают изменения температуры воды, потока воды и доступности света. Химические изменения включают изменения в скорости загрузки биостимулирующих питательных веществ, материалов, потребляющих кислород, и токсинов. Биологические изменения включают чрезмерный вылов промысловых видов и интродукцию экзотических видов. Человеческое население может оказывать чрезмерное давление на водные экосистемы. Есть много примеров чрезмерных стрессов с негативными последствиями. Рассмотрим три. Экологическая история Великих озер Северной Америки иллюстрирует эту проблему, особенно то, как могут сочетаться многочисленные стрессы, такие как загрязнение воды, чрезмерный вылов и инвазивные виды. Норфолк-Бродлендс в Англии демонстрирует подобное снижение с загрязнением и инвазивными видами. Озеро Пончартрейн вдоль Мексиканского залива иллюстрирует негативные последствия различных стрессов, включая строительство дамбы, вырубку болот, инвазивные виды и вторжение соленой воды.

Абиотические характеристики

Экосистема состоит из биотических сообществ, которые структурированы биологическими взаимодействиями и абиотическими факторами окружающей среды. Некоторые из важных абиотических факторов окружающей среды водных экосистем включают тип субстрата, глубину воды, уровни питательных веществ, температуру, соленость и сток. Часто бывает трудно определить относительную важность этих факторов без достаточно крупных экспериментов. Могут быть сложные петли обратной связи. Например, отложения могут определять присутствие водных растений, но водные растения также могут улавливать отложения и добавляться к ним через торф.

Количество растворенного кислорода в водоеме часто является ключевым веществом при определении масштабов и видов органической жизни в водоеме. Рыбы нуждаются в растворенном кислороде, чтобы выжить, хотя их устойчивость к низкому содержанию кислорода варьируется у разных видов; в крайних случаях недостатка кислорода некоторые рыбы даже прибегают к глотанию воздуха. Растения часто должны производить аэренхиму , при этом форма и размер листьев также могут быть изменены. И наоборот, кислород губителен для многих видов анаэробных бактерий.

Уровни питательных веществ важны для контроля численности многих видов водорослей. Относительное содержание азота и фосфора может фактически определять, какие виды водорослей станут доминирующими. Водоросли — очень важный источник пищи для водных организмов, но в то же время, если их становится слишком много, они могут вызвать сокращение численности рыб, когда они разлагаются. Подобное изобилие водорослей в прибрежных средах, таких как Мексиканский залив, при распаде приводит к образованию гипоксической области воды, известной как мертвая зона .

Соленость водоема также является определяющим фактором для видов, обитающих в водоеме. Организмы в морских экосистемах переносят соленость, в то время как многие пресноводные организмы не переносят соль. Степень засоления эстуария или дельты является важным фактором контроля над типом водно-болотных угодий (пресные, средние или солоноватые) и соответствующими видами животных. Плотины, построенные выше по течению, могут уменьшить весеннее наводнение и уменьшить нарастание наносов и, следовательно, могут привести к вторжению соленой воды в прибрежные водно-болотные угодья.

Пресная вода, используемая для орошения, часто поглощает уровни соли, вредные для пресноводных организмов.

Биотические характеристики

Биотические характеристики в основном определяются встречающимися организмами. Например, водно-болотные растения могут образовывать плотные навесы, покрывающие большие площади отложений, или улитки или гуси могут пасти растительность, оставляя большие илистые отмели. В водной среде относительно низкий уровень кислорода, что вызывает адаптацию обитающих там организмов. Например, многие водно-болотные растения должны производить аэренхиму, чтобы переносить кислород к корням. Другие биотические характеристики более тонкие и трудно поддающиеся измерению, например относительная важность конкуренции, взаимопомощи или хищничества. Растет число случаев, когда хищничество прибрежных травоядных, включая улиток, гусей и млекопитающих, оказывается доминирующим биотическим фактором.

Автотрофные организмы

Автотрофные организмы — продуценты, которые производят органические соединения из неорганического материала. Водоросли используют солнечную энергию для производства биомассы из углекислого газа и, возможно, являются наиболее важными автотрофными организмами в водной среде. Чем меньше глубина воды, тем больше вклад биомассы корневых и плавающих сосудистых растений. Эти два источника объединяются, чтобы произвести экстраординарную продукцию эстуариев и водно-болотных угодий, поскольку эта автотрофная биомасса превращается в рыб, птиц, амфибий и других водных видов.

Хемосинтезирующие бактерии встречаются в придонных морских экосистемах. Эти организмы могут питаться сероводородом в воде, которая поступает из вулканических жерл . Огромные скопления животных, которые питаются этими бактериями, встречаются вокруг вулканических жерл. Например, это гигантские трубчатые черви ( Riftia pachyptila ) длиной 1,5 м и моллюски ( Calyptogena magnifica ) длиной 30 см.

Гетеротрофные организмы

Гетеротрофные организмы потребляют автотрофные организмы и используют органические соединения в своих телах в качестве источников энергии и сырья для создания собственной биомассы . Эти организмы не могут производить себе пищу, а, скорее, полагаются на другие организмы в получении питательных веществ, что делает их производителями более высокого порядка. Все животные гетеротопны, включая людей, а также некоторые грибы, бактерии и простейшие. Эти организмы можно разделить на хемоавтотрофов и фотоавтотрофов. Эвригалинные организмы солеустойчивы и могут выжить в морских экосистемах, в то время как стеногалинные или солеустойчивые виды могут жить только в пресноводной среде.

Смотрите также

Примечания

Ссылки

внешние ссылки

Экосистема озера — Lake ecosystem

Экосистема озера или озерные экосистемы включает в себя биотические (живые) растений , животных и микроорганизмов , а также абиотической (неживой) физических и химических взаимодействий. Озерные экосистемы являются ярким примером непроточных экосистем ( lentic относится к стационарным или относительно неподвижным пресноводным водам , от латинского lentus , что означает «вялый»), которые включают пруды , озера и водно-болотные угодья , и большая часть этой статьи относится к непроточным экосистемам в целом. . Бледные экосистемы можно сравнить с лоточными экосистемами , которые включают проточные наземные воды, такие как реки и ручьи . Вместе эти две области образуют более общую область изучения пресноводной или водной экологии .

Лентичные системы разнообразны: от небольшого временного бассейна с дождевой водой глубиной в несколько дюймов до озера Байкал , максимальная глубина которого составляет 1642 метра. Общее различие между бассейнами / прудами и озерами нечеткое, но Браун утверждает, что вся нижняя поверхность прудов и бассейнов подвергается воздействию света, а озера — нет. Кроме того, некоторые озера становятся сезонно стратифицированными (более подробно это обсуждается ниже). Пруды и бассейны имеют две области: пелагическую зону открытой воды и бентическую зону , которая включает нижнюю и береговую области. Поскольку озера имеют глубокие участки дна, не освещенные светом, в этих системах есть дополнительная зона — профундаль . Эти три области могут иметь очень разные абиотические условия и, следовательно, виды-хозяева, которые специально приспособлены к жизни там.

Важные абиотические факторы

Легкий

Свет обеспечивает солнечную энергию, необходимую для запуска процесса фотосинтеза , основного источника энергии лентических систем. Количество получаемого света зависит от комбинации нескольких факторов. Небольшие пруды могут затеняться окружающими деревьями, а облачный покров может влиять на доступность света во всех системах, независимо от размера. Сезонные и суточные условия также влияют на доступность света, потому что чем меньше угол, под которым свет падает на воду, тем больше света теряется при отражении. Это известно как закон Бера . Как только свет проникает через поверхность, он может также рассеиваться частицами, взвешенными в толще воды. Это рассеяние уменьшает общее количество света по мере увеличения глубины. Озера делятся на световые и афотические области, причем предшествующий солнечный свет получает, а последний находится ниже глубины проникновения света, что лишает их фотосинтетической способности. Что касается зонирования озер, считается, что пелагическая и бентосная зоны лежат в световой области, а профундальная зона находится в афотической.

Температура

Температура является важным абиотическим фактором в непроточных экосистемах, потому что большая часть биоты пойкилотермная , где внутренняя температура тела определяется окружающей системой. Вода может быть нагрета или охлаждена за счет излучения на поверхности и проводимости к или от воздуха и окружающей подложки. Мелкие водоемы часто имеют постоянный температурный градиент от более теплой воды на поверхности до более холодной воды на дне. Кроме того, колебания температуры в этих системах могут сильно различаться как в дневное, так и в сезонное время.

Температурные режимы в крупных озерах очень разные (рис. 2). Например, в регионах с умеренным климатом при повышении температуры воздуха ледяной слой, образовавшийся на поверхности озера, распадается, оставляя воду с температурой около 4 ° C. Это температура, при которой вода имеет самую высокую плотность. В течение сезона более теплые температуры воздуха нагревают поверхностные воды, делая их менее плотными. Более глубокие воды остаются прохладными и плотными из-за меньшего проникновения света. С началом лета образуются два отдельных слоя с такой большой разницей температур между ними, что они остаются стратифицированными. Самая низкая зона в озере самая холодная и называется гиполимнионом . Верхняя теплая зона называется эпилимнионом . Между этими зонами находится полоса быстрого изменения температуры, называемая термоклином . В более холодное осеннее время тепло теряется на поверхности, и эпилимнион охлаждается. Когда температуры в двух зонах становятся достаточно близкими, воды снова начинают смешиваться, чтобы создать однородную температуру, и это событие называется круговоротом озера . Зимой происходит обратная стратификация, так как вода у поверхности остывает замерзает, а более теплая, но более плотная вода остается у дна. Устанавливается термоклин, цикл повторяется.

ветер

В открытых системах ветер может создавать турбулентные спиралевидные поверхностные течения, называемые циркуляциями Ленгмюра (рис. 3). Как именно эти токи возникают, до сих пор не совсем понятно, но очевидно, что это связано с некоторым взаимодействием между горизонтальными поверхностными токами и поверхностными гравитационными волнами. Видимый результат этих вращений, который можно увидеть в любом озере, — линии пены на поверхности, идущие параллельно направлению ветра. Положительно плавучие частицы и мелкие организмы концентрируются в линии пены у поверхности, а отрицательно плавучие объекты обнаруживаются в восходящем течении между двумя вращениями. Объекты с нейтральной плавучестью обычно равномерно распределяются в толще воды. Эта турбулентность обеспечивает циркуляцию питательных веществ в водной толще, что делает ее критически важной для многих пелагических видов, однако ее влияние на бентические и глубинные организмы соответственно минимально или отсутствует. Степень циркуляции питательных веществ зависит от системы, поскольку она зависит от таких факторов, как сила и продолжительность ветра, а также глубина озера или бассейна и продуктивность.

Химия

Кислород необходим для дыхания организма . Количество кислорода в стоячей воде зависит от: 1) площади прозрачной воды, подверженной воздействию воздуха, 2) циркуляции воды в системе и 3) количества кислорода, производимого и используемого присутствующими организмами. В неглубоких, богатых растениями водоемах могут быть большие колебания содержания кислорода, с чрезвычайно высокими концентрациями в течение дня из-за фотосинтеза и очень низкими значениями ночью, когда дыхание является доминирующим процессом первичных продуцентов. Термическая стратификация в более крупных системах также может влиять на количество кислорода, присутствующего в различных зонах. Эпилимнион богат кислородом, потому что он быстро циркулирует, получая кислород через контакт с воздухом. Однако гиполимнион циркулирует очень медленно и не контактирует с атмосферой. Кроме того, в гиполимнионе меньше зеленых растений, поэтому в результате фотосинтеза выделяется меньше кислорода. Весной и осенью, когда эпилимнион и гиполимнион смешиваются, кислород становится более равномерно распределенным в системе. Низкий уровень кислорода характерен для профундальной зоны из-за скопления разлагающейся растительности и животного материала, который «проливается дождем» из пелагической и бентосной зон, и неспособности поддерживать первичных продуцентов.

Фосфор важен для всех организмов, поскольку он является компонентом ДНК и РНК и участвует в клеточном метаболизме как компонент АТФ и АДФ. Кроме того, фосфор не содержится в больших количествах в пресноводных системах, что ограничивает фотосинтез в первичных продуцентах, что делает его основным фактором, определяющим производство постноводных систем. Цикл фосфора сложен, но модель, описанная ниже, описывает основные пути. Фосфор в основном попадает в пруд или озеро через сток с водосбора или атмосферные осадки. Попадая в систему, реактивная форма фосфора обычно поглощается водорослями и макрофитами, которые выделяют нереактивное соединение фосфора в качестве побочного продукта фотосинтеза. Этот фосфор может опускаться вниз и становиться частью донных или глубоких отложений, или он может реминерализоваться до реактивной формы микробами в толще воды. Точно так же инертный фосфор в осадке может быть реминерализован в реактивную форму. Однако отложения обычно богаче фосфором, чем вода в озере, что указывает на то, что это питательное вещество может долго оставаться там, прежде чем оно будет реминерализовано и повторно введено в систему.

Лентиочная системная биота

Бактерии

Бактерии присутствуют во всех районах непроточных вод. Свободноживущие формы связаны с разложением органического материала, биопленки на поверхности скал и растений, взвешенных в толще воды, а также в отложениях бентосной и профундальной зон. Другие формы также связаны с кишечником непереносимых животных как паразиты или в комменсальных отношениях. Бактерии играют важную роль в системном метаболизме за счет повторного использования питательных веществ, что обсуждается в разделе «Трофические отношения».

Первичные производители

Водоросли, включая фитопланктон и перифитон , являются основными фотосинтезаторами в прудах и озерах. Фитопланктон дрейфует в водной толще пелагиали. Многие виды имеют более высокую плотность, чем вода, что должно привести к их непреднамеренному погружению в бентос. Чтобы бороться с этим, фитопланктон разработал механизмы изменения плотности за счет образования вакуолей и газовых пузырьков или изменения их формы, чтобы вызвать сопротивление, тем самым замедляя их спуск. Очень сложная адаптация, используемая небольшим количеством видов, — это хвостовидный жгутик, который может регулировать вертикальное положение и позволять движение в любом направлении. Фитопланктон также может поддерживать свое присутствие в водной толще, циркулируя в ленгмюровских кругооборотах . А перифитные водоросли прикреплены к субстрату. В озерах и прудах они могут покрывать все поверхности бентоса. Оба типа планктона важны как источники пищи и как поставщики кислорода.

Водные растения обитают как в придонной, так и в пелагической зонах, и их можно сгруппировать по способу роста:: эмерджентные = укорененные в субстрате, но с листьями и цветами, уходящими в воздух; ⑵ плавающие листья = укорененные в субстрате, но с плавающими листьями; ⑶ погруженный = растет под поверхностью; ⑷ свободно плавающие макрофиты = не укореняются в субстрате, а плавают на поверхности. Эти различные формы макрофитов обычно встречаются в разных частях бентосной зоны, с зарождающейся растительностью ближе всего к береговой линии, затем с плавающими листьями макрофитов, а затем с подводной растительностью. Свободно плавающие макрофиты могут встречаться где угодно на поверхности системы.

Водные растения более плавучие, чем их наземные аналоги, потому что пресная вода имеет более высокую плотность, чем воздух. Это делает конструктивную жесткость не важной в озерах и прудах (за исключением воздушных стеблей и листьев). Таким образом, листья и стебли большинства водных растений используют меньше энергии для создания и поддержания древесной ткани, вместо этого вкладывая эту энергию в быстрый рост. Чтобы противостоять стрессам, вызываемым ветром и волнами, растения должны быть гибкими и жесткими. Свет, глубина воды и типы субстрата являются наиболее важными факторами, контролирующими распространение подводных водных растений. Макрофиты являются источниками пищи, кислорода и структуры среды обитания в бентосной зоне, но не могут проникать в глубины эвфотической зоны и, следовательно, там не встречаются.

Беспозвоночные

Зоопланктон — это крошечные животные, взвешенные в толще воды. Подобно фитопланктону, эти виды разработали механизмы, которые не позволяют им погружаться в более глубокие воды, включая формы тела, вызывающие сопротивление, и активное движение придатков (например, антенн или шипов). Пребывание в толще воды может иметь свои преимущества с точки зрения питания, но отсутствие рефугиумов в этой зоне делает зоопланктон уязвимым для хищников. В ответ некоторые виды, особенно Daphnia sp., Совершают ежедневные вертикальные миграции в толще воды, пассивно опускаясь на более темные более низкие глубины в течение дня и активно перемещаясь к поверхности ночью. Кроме того, поскольку условия в линзовой системе могут сильно меняться в зависимости от сезона, зоопланктон может переключаться с откладки обычных яиц на покоящиеся яйца, когда не хватает пищи, температура опускается ниже 2 ° C или если численность хищников высока. Эти покоящиеся яйца имеют диапаузу или период покоя, который должен позволить зоопланктону столкнуться с условиями, более благоприятными для выживания, когда они, наконец, вылупятся. Среди беспозвоночных, населяющих бентическую зону, преобладают мелкие виды, и они богаты видами по сравнению с зоопланктоном открытой воды. К ним относятся: ракообразные (например, крабы , раки и креветки ), моллюски (например, моллюски и улитки ) и многочисленные виды насекомых. Эти организмы в основном встречаются в зонах роста макрофитов, где находятся самые богатые ресурсы, вода с высоким содержанием кислорода и самая теплая часть экосистемы. Структурно разнообразные слои макрофитов являются важными участками накопления органического вещества и представляют собой идеальную область для колонизации. Отложения и растения также обеспечивают хорошую защиту от хищных рыб.

Очень немногие беспозвоночные способны населять холодную, темную и бедную кислородом профундальную зону . Те, что могут, часто имеют красный цвет из-за наличия большого количества гемоглобина , который значительно увеличивает количество кислорода, переносимого в клетки. Поскольку концентрация кислорода в этой зоне низкая, большинство видов строят туннели или норы, в которых они могут спрятаться, и используют минимальное количество движений, необходимых для циркуляции воды, притягивая к себе кислород, не затрачивая слишком много энергии.

Рыба и другие позвоночные

У рыб есть ряд физиологических толерантностей, которые зависят от того, к какому виду они принадлежат. У них разные смертельные температуры, потребность в растворенном кислороде и потребности в нересте, которые зависят от их уровня активности и поведения. Поскольку рыбы очень подвижны, они могут бороться с неподходящими абиотическими факторами в одной зоне, просто перемещаясь в другую. Питатель детрита в профундальной зоне, например, обнаружив, что концентрация кислорода упала слишком низко, может подавать ближе к бентосной зоне. Рыба также может менять свое место жительства на разных этапах своей жизненной истории: вылупляясь из осадочного гнезда, затем перемещаясь в заросшую водорослями бентическую зону, чтобы развиваться в защищенной среде с пищевыми ресурсами, и, наконец, во взрослом возрасте в пелагиали.

Другие таксоны позвоночных также населяют линтические системы. К ним относятся амфибии (например, саламандры и лягушки ), рептилии (например, змеи , черепахи и аллигаторы ) и большое количество видов водоплавающих птиц. Большинство этих позвоночных проводят часть своего времени в наземной среде обитания и, таким образом, не подвергаются прямому воздействию абиотических факторов в озере или пруду. Многие виды рыб важны и как потребители, и как виды добычи для более крупных позвоночных, упомянутых выше.

Трофические отношения

Первичные производители

Бледные системы получают большую часть своей энергии от фотосинтеза, выполняемого водными растениями и водорослями. Этот автохтонный процесс включает сочетание углекислого газа, воды и солнечной энергии для производства углеводов и растворенного кислорода. В озере или пруду потенциальная скорость фотосинтеза обычно уменьшается с глубиной из-за ослабления света. Фотосинтез, однако, часто бывает слабым на верхних нескольких миллиметрах поверхности, вероятно, из-за торможения ультрафиолетовым светом. Точные измерения глубины и скорости фотосинтеза на этой кривой зависят от системы и зависят от: 1) общей биомассы фотосинтезирующих клеток, 2) количества светопоглощающих материалов и 3) количества и частотного диапазона светопоглощающих пигментов (например, хлорофиллов ). внутри фотосинтезирующих клеток. Энергия, создаваемая этими первичными производителями, важна для сообщества, потому что через потребление она передается на более высокие трофические уровни .

Бактерии

Подавляющее большинство бактерий в озерах и прудах получают энергию за счет разложения растительности и животных. В пелагиали мертвая рыба и случайное аллохтонное поступление опадной подстилки являются примерами крупных твердых частиц органического вещества (CPOM> 1 мм). Бактерии разлагают их на мелкие частицы органического вещества (FPOM <1 мм), а затем на полезные питательные вещества. Мелкие организмы, такие как планктон, также характеризуются как FPOM. При разложении выделяются очень низкие концентрации питательных веществ, поскольку бактерии используют их для создания собственной биомассы. Бактерии, однако, потребляются простейшими , которые, в свою очередь, потребляются зоопланктоном, а затем поднимаются на трофический уровень . Питательные вещества, включая те, которые содержат углерод и фосфор, повторно попадают в толщу воды в любом количестве точек этой пищевой цепи через экскрецию или смерть организма, делая их снова доступными для бактерий. Этот цикл регенерации известен как микробная петля и является ключевым компонентом непроточных пищевых сетей.

Разложение органических материалов может продолжаться в бентосной и глубинной зонах, если вещество проходит через толщу воды до того, как полностью переваривается пелагическими бактериями. Больше всего бактерий здесь в отложениях, где они обычно в 2-1000 раз больше, чем в толще воды.

Бентические беспозвоночные

Бентические беспозвоночные из-за высокого уровня видового богатства имеют множество способов поимки добычи. Фильтрующие питатели создают токи через сифоны или биение ресничек, чтобы тянуть воду и ее питательные вещества к себе для напряжения. Травянистые животные используют приспособления для соскабливания, расчесывания и измельчения, чтобы питаться перифитными водорослями и макрофитами. Члены гильдии коллекционеров просматривают отложения, выбирая конкретные частицы с хищными придатками. Депозитные питающиеся беспозвоночные без разбора потребляют отложения, переваривая любые содержащиеся в них органические вещества. Наконец, некоторые беспозвоночные принадлежат к гильдии хищников , отлавливающих и поедающих живых животных. Глубокая зона является домом для уникальной группы питателей-фильтров, которые используют небольшие движения тела, чтобы провести ток через норы, созданные ими в отложениях. Этот режим питания требует наименьшего количества движений, позволяя этим видам экономить энергию. Небольшое количество таксонов беспозвоночных являются хищниками в профундальной зоне. Эти виды, вероятно, из других регионов и заходят на эти глубины только для кормления. Подавляющее большинство беспозвоночных в этой зоне питаются отложениями, получая энергию из окружающих отложений.

Рыба

Размер, подвижность и сенсорные способности рыб позволяют им использовать широкую базу добычи, охватывающую несколько зон зональности. Как и у беспозвоночных, рыбные привычки кормления можно разделить на группы. В пелагиали травоядные животные пасутся на перифитоне и макрофитах или собирают фитопланктон из водной толщи. К хищникам относятся рыбы, питающиеся зоопланктоном в толще воды ( зоопланкоядные ), насекомые на поверхности воды, на придонных структурах или в отложениях ( насекомоядные ) и те, которые питаются другой рыбой ( рыбоядные ). Рыбы, которые потребляют детрит и получают энергию за счет переработки его органического материала, называются детритофагами . Всеядные животные поедают разнообразную добычу, включая растительный, фаунистический и обломочный материал. Наконец, члены гильдии паразитов получают пищу от вида-хозяина, обычно от другой рыбы или крупного позвоночного животного. Таксоны рыб гибки в своих кормовых ролях, меняя свой рацион в зависимости от условий окружающей среды и наличия добычи. Многие виды также претерпевают изменения в диете по мере развития. Следовательно, вполне вероятно, что любая рыба занимает несколько гильдий кормления в течение своей жизни.

Лентиочные пищевые сети

Как отмечалось в предыдущих разделах, непроточная биота связана сложной сетью трофических отношений. Можно считать, что эти организмы слабо связаны с конкретными трофическими группами (например, первичные продуценты, травоядные, первичные плотоядные, вторичные плотоядные и т. Д.). Ученые разработали несколько теорий, чтобы понять механизмы, контролирующие численность и разнообразие в этих группах. В общем, нисходящие процессы диктуют, что изобилие таксонов добычи зависит от действий потребителей с более высоких трофических уровней . Обычно эти процессы протекают только между двумя трофическими уровнями, не влияя на другие. Однако в некоторых случаях водные системы испытывают трофический каскад ; например, это может произойти, если первичные производители меньше страдают от выпаса травоядных животных, потому что эти травоядные животные подавляются плотоядными животными. Процессы « снизу вверх» функционируют, когда численность или разнообразие представителей более высоких трофических уровней зависит от наличия или качества ресурсов с более низких уровней. Наконец, комбинированная теория регулирования, восходящая: нисходящая , объединяет прогнозируемое влияние потребителей и доступность ресурсов. Он предсказывает, что трофические уровни, близкие к самым низким трофическим уровням, будут больше всего подвержены влиянию восходящих сил, тогда как нисходящие эффекты должны быть наиболее сильными на верхних уровнях.

Модели сообщества и разнообразие

Богатство местных видов

Биоразнообразие непроточной системы увеличивается с увеличением площади озера или пруда. Это связано с более высокой вероятностью обнаружения частично наземными видами более крупной системы. Кроме того, поскольку более крупные системы обычно имеют большую популяцию, вероятность исчезновения снижается. Дополнительные факторы, включая температурный режим, pH, доступность питательных веществ, сложность среды обитания, скорость видообразования, конкуренцию и хищничество, были связаны с количеством видов, присутствующих в системах.

Модели сукцессии в планктонных сообществах — модель PEG

Сообщества фитопланктона и зоопланктона в озерных системах подвергаются сезонной смене в зависимости от доступности питательных веществ, хищничества и конкуренции. Sommer et al. описал эти закономерности как часть модели Plankton Ecology Group ( PEG ) с 24 утверждениями, построенными на основе анализа многочисленных систем. Следующее включает подмножество этих утверждений, как объяснили Брёнмарк и Ханссон, иллюстрирующие преемственность в рамках одного сезонного цикла:

Зима
1. Повышенная доступность питательных веществ и света приводит к быстрому росту фитопланктона к концу зимы. Доминирующие виды, такие как диатомовые водоросли, имеют небольшие размеры и обладают способностью к быстрому росту. 2. Этот планктон потребляется зоопланктоном, который становится доминирующим таксоном планктона.

Весна
3. Наступает фаза чистой воды , поскольку популяции фитопланктона истощаются из-за увеличения хищничества со стороны растущего числа зоопланктона.

Лето
4. Численность зоопланктона снижается в результате сокращения добычи фитопланктона и увеличения хищничества молоди рыб.
5. С увеличением доступности питательных веществ и уменьшением хищничества со стороны зоопланктона развивается разнообразное сообщество фитопланктона.
6. По мере того как лето продолжается, питательные вещества истощаются в предсказуемом порядке: фосфор, кремнезем , а затем азот . Численность различных видов фитопланктона варьируется в зависимости от их биологической потребности в этих питательных веществах.
7. Мелкий зоопланктон становится доминирующим типом зоопланктона, потому что он менее уязвим для хищничества рыб.

Осень
8. Хищничество рыб уменьшается из-за понижения температуры и увеличения численности зоопланктона всех размеров.

Зима
9. Низкие температуры и ограниченная доступность света приводят к снижению темпов первичной продукции и сокращению популяций фитопланктона. 10. Воспроизводство зоопланктона снижается из-за более низких температур и меньшего количества добычи.

Модель PEG представляет собой идеализированную версию этой модели сукцессии, в то время как природные системы известны своей вариативностью.

Широтные узоры

Существует хорошо задокументированная глобальная закономерность, которая коррелирует уменьшение разнообразия растений и животных с увеличением широты, то есть количество видов уменьшается по мере продвижения к полюсам. Причина этой закономерности — одна из самых больших загадок для экологов сегодня. Теории для его объяснения включают доступность энергии, климатическую изменчивость, беспокойство, конкуренцию и т. Д. Несмотря на этот глобальный градиент разнообразия, эта модель может быть слабой для пресноводных систем по сравнению с глобальными морскими и наземными системами. Это может быть связано с размером, поскольку Хиллебранд и Азовский обнаружили, что более мелкие организмы (простейшие и планктон) не сильно следовали ожидаемой тенденции, в то время как более крупные виды (позвоночные) следовали. Они объяснили это лучшей способностью к распространению более мелкими организмами, что может привести к высокому распространению во всем мире.

Жизненные циклы природных озер

Создание озера

Озера могут быть образованы разными способами, но наиболее распространенные из них кратко описаны ниже. Самые старые и крупнейшие системы являются результатом тектонической деятельности. Например, рифтовые озера в Африке являются результатом сейсмической активности на участке разделения двух тектонических плит. Озера, образованные льдом, образуются, когда ледники отступают, оставляя за собой аномалии формы ландшафта, которые затем заполняются водой. Наконец, старицы имеют речное происхождение, в результате чего извилистая излучина реки отделяется от основного русла.

Естественное вымирание

Все озера и пруды получают наносы. Поскольку эти системы на самом деле не расширяются, логично предположить, что они будут становиться все более мелкими по глубине, в конечном итоге превратившись в заболоченные земли или наземную растительность. Продолжительность этого процесса должна зависеть от комбинации глубины и скорости осаждения. Мох приводит в пример озеро Танганьика , которое достигает глубины 1500 м и имеет скорость осаждения 0,5 мм / год. Если предположить, что на осадконакопление не влияют антропогенные факторы, эта система должна исчезнуть примерно через 3 миллиона лет. Неглубокие чечевичные системы также могут заполняться, когда болота вторгаются внутрь с краев. Эти процессы протекают в гораздо более короткие сроки, требуя от сотен до тысяч лет, чтобы завершить процесс вымирания.

Человеческие воздействия

Подкисление

Двуокись серы и оксиды азота естественным образом выделяются из вулканов, органических соединений в почве, водно-болотных угодьях и морских системах, но большинство этих соединений образуются при сжигании угля, нефти, бензина и плавке руд, содержащих серу. Эти вещества растворяются в атмосферной влаге и попадают в проточные системы в виде кислотных дождей . Озера и пруды, содержащие коренные породы, богатые карбонатами, обладают естественным буфером, что не приводит к изменению pH. Однако системы без этой основной породы очень чувствительны к поступлению кислоты, поскольку они обладают низкой нейтрализующей способностью, что приводит к снижению pH даже при небольшом поступлении кислоты. При pH 5–6 видовое разнообразие и биомасса водорослей значительно снижаются, что приводит к увеличению прозрачности воды — характерной особенности закисленных озер. По мере того, как pH продолжает снижаться, вся фауна становится менее разнообразной. Самая значимая особенность — нарушение воспроизводства рыб. Таким образом, популяция в конечном итоге состоит из нескольких старых особей, которые в конечном итоге умирают и оставляют системы без рыб. Кислотные дожди особенно опасны для озер Скандинавии , западной Шотландии , западного Уэльса и северо-востока Соединенных Штатов.

Эвтрофикация

Эвтрофные системы содержат высокую концентрацию фосфора (~ 30 мкг / л), азота (~ 1500 мкг / л) или того и другого. Фосфор попадает в непроточные воды со сточными водами очистки сточных вод, с неочищенными сточными водами или со стоками сельскохозяйственных угодий. Азот в основном поступает из сельскохозяйственных удобрений в результате стока или выщелачивания и последующего стока грунтовых вод. Это увеличение количества питательных веществ, необходимых для первичных продуцентов, приводит к значительному увеличению роста фитопланктона, что называется « цветением планктона ». Это цветение снижает прозрачность воды, что приводит к потере подводных растений. Результирующее сокращение структуры среды обитания отрицательно сказывается на видах, которые используют ее для нереста, созревания и общего выживания. Кроме того, большое количество короткоживущего фитопланктона приводит к тому, что огромное количество мертвой биомассы оседает в отложениях. Бактериям требуется большое количество кислорода для разложения этого материала, что снижает концентрацию кислорода в воде. Это особенно заметно в стратифицированных озерах , когда термоклин препятствует смешиванию богатой кислородом воды с поверхности с более низкими уровнями. Низкие или бескислородные условия исключают существование многих таксонов, которые физиологически не переносят эти условия.

Инвазивные виды

Инвазивные виды были занесены в проточные системы как в результате целенаправленных событий (например, зарыбление дичи и кормовых видов), так и в результате непреднамеренных событий (например, в балластной воде ). Эти организмы могут влиять на аборигенов через конкуренцию за добычу или среду обитания, хищничество, изменение среды обитания, гибридизацию или внедрение вредных болезней и паразитов. Что касается местных видов, захватчики могут вызывать изменения в размерах и возрастной структуре, распределении, плотности, росте популяции и даже могут вести к исчезновению популяций. Примеры выдающихся захватчиков лентичных систем включают мидию- зебру и морскую миногу в Великих озерах.

Смотрите также

Ссылки

Библиография

примеров природных экосистем в биологии

Весь наш мир состоит из различных экосистем, в которых выживание живых существ и окружающей среды зависит друг от друга. Узнайте, что такое экосистема, исследуя различные типы экосистем на Земле.

Что такое экосистема?

Экосистема — это группа организмов и их физическая среда, которые функционируют вместе как одно целое. По сути, это сообщество или район на природе. Все в экосистеме каким-то образом помогает друг другу, поэтому все сообщество может быть здоровым.

Что такое естественная экосистема?

Все «естественное» создается и существует в природе без вмешательства человека. Таким образом, естественная экосистема — это особая группа живых существ, работающих вместе друг с другом и с территорией вокруг них, чтобы выжить и процветать.

На Земле есть два основных типа естественных экосистем: водные и наземные. Каждую из этих категорий можно разбить на более конкретные типы экосистем.

Водные экосистемы

Живые существа в водной экосистеме могут выжить только в воде.Есть два основных типа водных экосистем: пресноводные и морские. Пресная вода — это любой водоем, не содержащий соленой воды или имеющий лишь небольшое количество соли в воде. Морские экосистемы, напротив, существуют в соленой воде.

Примеры естественных водных экосистем:

• Естественные пруды и озера : Великие озера — это пять пресноводных озер в восточно-центральной части Северной Америки.
• Естественные реки и ручьи : Река Нил в Африке имеет пресную воду и является одной из самых длинных рек в мире.
• Природные моря и океаны : Земля имеет один морской океан, который разделен на пять бассейнов: Атлантический, Тихий, Индийский, Северный Ледовитый и Южный океаны.
• Естественные эстуарии : В таких местах, как залив Сан-Франциско в Калифорнии, пресная вода встречается с соленой.

На этой диаграмме морской экосистемы показаны различные живые и неживые элементы океанской среды:

Наземные экосистемы

Наземная экосистема — это сообщество живых и неживых существ, работающих вместе на суше.Они живут и развиваются в почве и воздухе вокруг них.

Есть четыре основных типа естественных наземных экосистем:

• Лес — состоит в основном из густых деревьев и обилия видов растений
• Пустыня — Отмечается чрезвычайно низким количеством осадков, не обязательно жарким климатом
• Пастбища — включает почти сплошной травяной покров, но не много более высоких растений
• Гора — имеет резкие перепады высот на местности

Эти типы экосистем далее подразделяются на семь общих типов биомов:

• Тропический лес : Горячие и влажные биомы, такие как джунгли Амазонки в Южной Америке, получают много осадков.
• Лиственный лес : Леса, подобные тем, что находятся в национальном парке Грейт-Смоки-Маунтинс в Северной Каролине и Теннесси, в основном состоят из деревьев, которые сезонно теряют листву.
• Хвойный лес : В лесах, подобных лесам в провинциальном парке Берч-Ривер-Уайлдленд в Альберте, Канада, зима холодная, а лето влажное. Они заполнены деревьями, производящими шишки и иголки. Хвойные деревья иногда называют вечнозелеными.
• Пастбища умеренного пояса : Пастбища включают множество разновидностей трав с жарким летом и холодной зимой, например, в североамериканских прериях.
• Тундра : Замерзшая почва препятствует росту высоких деревьев в тундрах, таких как арктическая тундра.
• Саванна : В смешанных лесных и пастбищных районах, таких как Серенгети в Танзании и Кении, деревья расположены далеко друг от друга.
• Пустыня : Районы с очень небольшим количеством осадков, такие как пустыня Сахара в Африке, затрудняют выживание растений и животных.

Основные компоненты естественной экосистемы

Каждая экосистема имеет четыре основных компонента или характеристики, которые заставляют ее функционировать.Это:

• Биотические компоненты
• Абиотические компоненты
• Поток энергии
• Круговорот питательных веществ

Биотические компоненты экосистемы

Биотические компоненты любой экосистемы — это все живые существа в этой группе. Примеры биотических компонентов включают растения, животных и микроорганизмы, такие как бактерии.

Все живые существа в экосистеме классифицируются как производители, потребители или разлагатели.

• Растения являются примерами производителей, потому что они сами производят пищу и обеспечивают пищу другим живым существам.
• Животные являются примером потребителей, потому что они не могут готовить себе еду и вынуждены есть другие растения и животных, чтобы жить.
• Грибок является примером разложителя, потому что он в основном поедает мертвые организмы.

Абиотические компоненты экосистемы

Абиотические компоненты любой экосистемы — это все неживые объекты в этой группе. Эти элементы дают живым существам все необходимое для жизни и процветания. Примеры абиотических компонентов:

• Почва
• Воздух
• Вода
• Камни
• Температура
• Солнечный свет

Экосистема Поток энергии

Солнце является основным источником энергии для большинства экосистем.Он служит отправной точкой для потока энергии в экосистеме.

1. Производители используют солнечный свет для приготовления пищи и превращения углекислого газа в кислород.
2. Некоторые животные (травоядные и всеядные) поедают этих продуцентов (растения), чтобы выжить. Энергия перерабатывается.
3. Некоторые животные (плотоядные) едят других животных, чтобы они могли жить. Энергия снова перерабатывается.
4. Травоядные, всеядные и хищные — все они оставляют отходы после еды, оставляя объедки или «идя в ванную».Их тела также становятся «отходами», когда они умирают.
5. Разлагатели разрушают отходы и возвращают питательные вещества в почву. Энергия выделяется в экосистему.
6. Производители используют питательные вещества из почвы для роста, и цикл повторяется.

Экосистемный цикл питательных веществ

Все химические вещества, которые организмы принимают, проходят через пищевую цепочку и возвращаются в почву, воздух и воду. Все эти химические вещества и новые формы, которые они принимают по мере использования и распространения, обеспечивают питание или питательные вещества для экосистемы.

Одним из примеров круговорота питательных веществ в экосистеме является круговорот азота.

Что такое искусственная экосистема?

Все «искусственное» создано или смоделировано людьми. Следовательно, искусственная экосистема — это особая группа живых существ, работающих вместе со своей средой, которая каким-то образом была создана или изменена людьми.

Примеры искусственных экосистем:

Go Natural!

Природные экосистемы встречаются по всему миру и необходимы для всего живого.Можете ли вы сказать, в какой экосистеме вы живете и как вы помогаете сохранить здоровье своего сообщества живых и неживых существ?

Водоросли как индикатор качества воды

1. Введение

Водоросли являются важным компонентом программ биологического мониторинга для оценки качества воды. Они имеют право на оценку качества воды из-за их потребности в питательных веществах, высокой скорости воспроизводства и очень короткого жизненного цикла. Водоросли являются важными индикаторами состояния окружающей среды, так как они немедленно реагируют как на качественный, так и на количественный состав видов в широком диапазоне водных ситуаций из-за изменений химического состава воды, таких как увеличение загрязнения воды бытовыми / промышленными отходами, и влияют на состав родов. которые способны терпеть такие ситуации.

С точки зрения экологии и здоровья населения; Большое значение имеет обилие содержащих биогенные вещества азота (N) и фосфора (P), которые попадают в озера, водохранилища и другие водные экосистемы, приводя к эвтрофикации. Соотношение N: P определяет, какие роды водорослей являются доминирующими, присутствуют или отсутствуют в этих водных экосистемах, подверженных воздействию питательных веществ [1]. Источники неорганических соединений, содержащих эти элементы, включают бытовые моющие средства, коммерческие удобрения, используемые в сельском хозяйстве, и сточные воды, а также органические загрязнения из сточных вод и отходов животноводства.

Биологический анализ может определить возможные изменения качества воды, а также временные тенденции, которые отражаются в изменениях окружающей среды и составе водных организмов. Фитопланктон состоит из большого разнообразия водорослей с различными формами и стратегиями жизненного цикла для повышения продуктивности; планктонных родов, таких как Microcystis , Anabaena , Nodularia , Planktothrix , Aphanizomenon , Cylindrospermopsis , Trichodesmium , , флоат-185, флора 186, у которых есть газообразные вакуумы , которые имеют Phormidium , Oscillatoria , Schizothrix ), которые имеют тенденцию располагаться в отложениях [2], и нейтрально плавучие водоросли, имеющие такую ​​же плотность, как и вода, такие как Oocystis и Chlorella , а также виды свободно мигрирующих динофлагеллят и эвгленофиллат. столб воды [3].

Когда водоемы и озера становятся более эвтрофированными, разнообразие видов фитопланктона постепенно сокращается, что в конечном итоге приводит к доминированию цианобактерий и выработке токсинов [4].

Сообщества фитопланктона чувствительны к изменениям в их местообитаниях, и, таким образом, общая биомасса фитопланктона и многие виды фитопланктона используются в качестве индикаторов квалификации водной среды обитания [3, 4]. Сообщества фитопланктона / водорослей дают больше свидетельств об изменениях качества воды, чем концентрации питательных веществ или хлорофилла-а.Качество воды — это совокупность физических, химических и биологических свойств воды [5].

Важно учитывать, что сообщество фитопланктона быстро меняется в ответ на изменения качества воды. Первой реакцией на такие изменения водной среды является количественное изменение сообщества фитопланктона. Количество водорослей увеличивается или уменьшается в зависимости от вида воздействия на водную массу, что сопровождается качественными изменениями сообщества фитопланктона.Новые виды колонизируют в озерах, и в некоторых случаях значение некоторых из исходных видов может уменьшиться из-за местного исчезновения.

2. Системы биоиндикаторов

В соответствии с п. [6], гипотеза Бааса-Бекинга [7], которая объясняет, что «все есть везде — среда выбирает», доминировала в представлении о микробном распределении на протяжении десятилетий и определенно способствовала преобладающей концепции, согласно которой водоросли являются космополитическими организмами. Хотя физические и химические измерения качества воды могут указывать на уровень деградации воды, эти методы представляют только « снимок » текущих условий в водных системах, давая лишь временную картину преобладающих условий окружающей среды.Характер численности и сообществ организмов « in-situ » точно отражает качество воды в любой момент. Организмы можно использовать для сравнения относительных вариаций качества воды с точки зрения изменчивости среды обитания или времени [8–12].

Параметры качества воды (конкретные и растворенные концентрации питательных веществ, взвешенные твердые частицы и / или мутность и хлорофилл-а в качестве биомассы фитопланктона) обычно определяются напрямую, либо традиционным периодическим сбором проб воды и последующим анализом, либо с помощью инструментов для непрерывного каротажа (доступны на мутность и хлорофилл) [8].Однако дилемма состоит в том, что периодические измерения параметров, которые значительно изменяются с временными рамками, меньшими, чем интервал выборки, потребуют длинных временных рядов для обнаружения каких-либо изменений; тогда как инструменты для непрерывного каротажа дороги в приобретении и требуют регулярных полевых работ для обслуживания. Более того, поскольку наше понимание взаимосвязи между ситуациями среды обитания и биологическими сообществами остается слабым, может быть трудно объяснить экологическую значимость обнаруженной изменчивости качества воды.По этим причинам в многочисленных исследованиях предлагалось использовать биоиндикаторы для оценки изменений качества воды, тестирования различных показателей состояния озер и рек и оценки биологических организмов [13].

Важно, чтобы биоиндикаторы объединяли экологические условия с течением времени. Изменения любых условий окружающей среды вызывают изменение групп биоиндикаторов. Теоретически система биоиндикаторов должна сочетать в себе ряд конкретных мер, которые различаются по диапазону воздействия и времени реакции на изменение качества воды [14] и которые могут быть количественно определены во время периодических посещений после установления контрольных уровней.Реф. [15] определяет термин биоиндикаторы как характерные виды или сообщества, которые своим присутствием дают информацию об окружающих физико-химических свойствах экосистемы (качестве воды) на конкретном участке.

2.1. Почему биоиндикаторы лучше других методов?

Биоиндикаторы включают биологические процессы, виды и сообщества и используются для оценки качества воды в экосистеме и того, как качество воды изменяется со временем. Изменения в экосистеме часто связаны с антропогенным воздействием или естественными стрессорами.Наконец, использование биоиндикаторов вызвало резкое изменение классической меры качества их экосистем и дает большие преимущества:

1. Биоиндикаторы добавляют периодический компонент, соответствующий продолжительности жизни или времени пребывания организма в конкретной системе, позволяя интегрировать текущих, прошлых или будущих ситуаций обитания. К сожалению, многие физико-химические анализы описывают только ситуации во время отбора проб, но имеют возрастающую вероятность непреднамеренного пропуска импульсов загрязняющих веществ.Кроме того, загрязняющие вещества могут присутствовать в очень низких концентрациях. С другой стороны, диапазон толерантности биоиндикаторов представляет собой совокупность значений биологически значимых загрязняющих веществ, какими бы малыми они ни были.

2. Биоиндикатор указывает на косвенное биологическое воздействие загрязняющих веществ, когда физико-химический анализ не может указать (влияние концентрации фосфора на популяцию фитопланктона). Таким образом, химические измерения могут не точно продемонстрировать снижение видового разнообразия или то, как рост и размножение других видов могут снижаться в зависимости от конкурентного исключения.

3. Косвенные эффекты загрязнения сложно объяснить с помощью химического и физического анализа в случае биоаккумуляции. Другие загрязнители, такие как металл, накапливаются в организмах в концентрациях, способных проникать через пищевые сети. Следовательно, значений загрязняющих веществ на более высоких трофических уровнях может быть недостаточно для описания физического и химического анализа.

4. Хотя использование целых сообществ (ответы всех видов в них) может быть информативным, проблемы могут возникнуть в особенно конкретных средах обитания.Более того, сигнал биоиндикации может быть неясным из-за чрезмерного количества ответов различных видов (некоторые виды могут увеличиваться, а другие уменьшаться). Такой узкий подход делает мониторинг более биологически актуальным и экономически эффективным.

Кроме того, общая дилемма физико-химического анализа состоит в том, что они упрощают сложную реакцию коренных народов в этих богатых видами средах обитания. Из-за сложности окружающей среды биоиндикаторы используют репрезентативный или собранный ответ для передачи динамического состояния окружающей среды.

Сообщества водорослей, обитающих в водоемах, подтверждают экологическую историю воды двумя способами: во-первых, по разной чувствительности и скорости восстановления видов к веществам в воде; во-вторых, концентрацией и накоплением веществ в их клетках [16].

Известно, что водоросли имеют очень специфические требования к росту и размножению, и присутствие характерного вида в среде обитания указывает на то, что данный детерминант находится в пределах допустимости для этого вида.В том смысле, в котором используется термин «биоиндикатор».

С другой стороны, не все биотические процессы, виды или сообщества могут служить успешными биоиндикаторами. Физико-химические и биологические факторы, такие как субстрат, свет, температура, конкуренция, варьируются в зависимости от среды обитания. Со временем популяции вырабатывают стратегии максимального роста и воспроизводства в пределах определенного диапазона условий обитания [17]. Виды-биоиндикаторы эффективно указывают на экологическую ситуацию, поскольку обладают умеренной устойчивостью к колебаниям свойств экосистемы [18–20].

Напротив, редкие виды (или сообщества видов) с узкими допусками часто слишком чувствительны к изменениям среды обитания или встречаются слишком редко, чтобы продемонстрировать общую биологическую реакцию. Биоиндикаторы обладают умеренной устойчивостью к изменчивости экосистем по сравнению с редкими и космополитными видами. Эта толерантность дает им чувствительность, чтобы указать на изменения экосистемы, но при этом выносливость, чтобы противостоять некоторым изменениям и демонстрировать общий биологический ответ.

Виды-биоиндикаторы отличаются от видов-ключевых индикаторов, при этом оба вида полезны для получения информации об их местообитаниях.Биоиндикаторы объясняют характеристики среды обитания через обилие их популяции определенных реакций на экосистему. Ключевыми видами-индикаторами являются те виды, которые необходимы для окружающей среды. Если такие виды исчезнут, важная часть пищевой сети исчезнет или претерпит изменения в доминирующих видах.

С другой стороны, использование биоиндикаторов не ограничивается одним видом с ограниченной экологической устойчивостью. Целые сообщества, включающие широкий спектр экологических допусков, могут служить биоиндикаторами и представлять несколько источников данных для оценки состояния экосистемы с использованием «биотического индекса» или «мультиметрического» подхода.

3. Мониторинг качества воды

Исследования с использованием фитопланктона и водорослей для мониторинга качества воды показали, что изменение состава демонстрирует не только изменения в качестве воды, но также изменения в физических параметрах и биотических отношениях. Реф. [21] утверждает, что различия в химическом составе воды могут изменить относительные пропорции нескольких доминирующих таксонов, но часто мало влияют на общий видовой состав. темпы роста видов таксономически меняются под влиянием факторов, регулирующих состав водорослей и структуру популяции, которая тесно регулируется качеством воды.

Водоросли были указаны как полезный инструмент для оценки долгосрочных изменений в экосистеме, например, связанных с эвтрофикацией, управлением водными ресурсами, изменениями в землепользовании в масштабе водораздела и изменениями климата. В этом смысле водоросли представляют собой полезный биологический индикатор, поскольку они быстро реагируют на изменения в экосистемной ситуации, что позволяет быстро оценить качество воды [21].

В общем случае термины «биомониторинг» и «биоиндикация» взаимозаменяемы; с другой стороны, в научном смысле эти термины имеют более конкретное значение.Биоиндикаторы качественно оценивают биологическую реакцию на экологический стресс (изобилие видов водорослей), а биомониторы количественно определяют реакцию (сокращение содержания или разнообразия хлорофилла водорослей указывает на наличие и степень загрязнения воды). Термин «биоиндикатор» используется как уникальный термин для обозначения всех терминов, связанных с обнаружением биотических реакций на экологические ограничивающие факторы. Биоиндикаторы выполняют несколько основных функций мониторинга:

1. Оценка экосистемы (физические и / или химические колебания).

2. Экологические процессы.

3. Биоразнообразие [22].

Химический анализ качества воды, такого как содержание неорганических питательных веществ, органических / неорганических загрязнителей и солености, носит описательный характер. Однако проведение непрерывного анализа бесполезно из-за связанных с этим временных и особенно финансовых ограничений. Тем не менее, биологические меры могут показать все аспекты качества воды с течением времени и дать прямую оценку экологического воздействия переменных экосистемы.Биомониторинг предоставляет надежный относительно недорогой способ регистрации условий на нескольких участках [15].

Следующие свойства водорослей делают их более подходящими для биомониторинга, чем другая биота [16, 23]:

• Водоросли являются автотрофными и находятся на границе между средой обитания и биотическими компонентами пищевой сети.

• Водоросли в основном сидячие; они не могут мигрировать, чтобы избежать загрязнения, поэтому должны терпеть или исчезнуть.

• Сообщества водорослей богаты видами, и каждый вид имеет свои собственные допуски.

• Все водоросли имеют короткий жизненный цикл и поэтому быстро реагируют на изменения, в то время как сообщество живет достаточно долго, чтобы со временем интегрировать воздействия.

• Водоросли пространственно плотны, их легко брать и хранить.

• Водоросли меньше по размеру, чем другая биота, и поэтому потенциально более чувствительны к загрязнению при более низких концентрациях.

4. Экология фитопланктона / водорослей в управлении озерами и водохранилищами

Жизненно важным ключом к управлению водными объектами была разработка моделей, связывающих нагрузку питательными веществами со снижением биомассы водорослей до уровней, приемлемых для конкретного использования [24 ].Хотя фосфор считается ограничивающим фактором в большинстве озер с умеренным климатом, азот играет решающую роль в формировании сообществ фитопланктона в тропических водных экосистемах [25].

Оценки фитопланктона должны включать таксономический состав, численность, биомассу и цветение планктона для экологической классификации вод [26, 27]. Последовательность фитопланктона и состав сообщества демонстрируют среду обитания экосистемы, и доступность питательных веществ играет важную роль [28–30] в структурировании этого сообщества.При подходящих условиях обитания основной биотической реакцией на обогащение питательными веществами водных экосистем является рост фитопланктона и водных макрофитов.

Водоросли, в частности фитопланктон, играют фундаментальную роль в экосистемах озер и водохранилищ, где известно, что питательные вещества ограничивают первичную продуктивность. Население в водоемах отражает качество воды и влияет на структуру сообщества, биомассу и уровень продуктивности [31, 32]. Исследования, проведенные по взаимосвязям между водорослями и их изменчивой средой, привели к пониманию основных движущих сил, стоящих за временными и пространственными моделями их существования.

Десмиды, Chrysophyceae и диатомовые водоросли из родов Tabellaria и Cyclotella характерны для редкого, но разнообразного планктона олиготрофных озер каледонского типа; Цианобактерии ( Anabaena , Aphanizomenon , Microcystis ) и диатомовые водоросли Asterionella , Aulacoseira , Fragilaria и Stephanodiscus являются показательными уровнями [33] для большего количества eutro. Диатомовые водоросли, хлорофиты и цианобактерии встречаются по всей ширине спектра, от ультраолиготрофии до гиперэвтрофии.Десмиды, центрические диатомеи, даже Chrysophyceae, занимают значительные горизонтальные блоки. Как и в отдельных отрядах, таких как Oscillatoriales, и те же остенсивные роды, такие как Planktothrix , P. rubescens доминирует в глубоких мезотрофных альпийских озерах; и до P. agardhii преобладает в мелководных бассейнах в случае увеличения содержания питательных веществ. Обычно Chlorella , Scenedesmus , Ankistrodesmus и Euglenoids встречаются в богатых питательными веществами и эвтрофных озерах.В то время как Ceratium , Microcystis , Aulacoseira гранулят летом в эвтрофных озерах, Cyclotella spp. и Aulacoseira subarctica в мезотрофных озерах умеренного пояса весной или Dinobryon , Uroglena , Gemellicystis и Sphaerocystis в олиготрофных озерах имеют высокую численность .

Постоянная задача — объяснить , почему водоросли должны распространяться таким образом.Трофический статус среды обитания зависит от смены сообщества некоторых видов. Последовательность фитопланктона следует стратегиям R-C-S как в естественных, так и в экспериментальных ситуациях [34]. Эксперименты, проведенные в мезокосмах, показали, что исходное сообщество, в основном представленное R- и S-стратегами ( Planktothrix , Cylindrospermopsis и Microcystis ), постепенно заменялось C-стратегами Cryptomonas spp. Chlorococcales в целом [35].Реф. [4] указали, что Cyanobacteria, Planktothrix подавляюще доминировали в засушливый период, и на смену им пришли колониальные Cyanobacteria, Microcystis aeruginosa во влажный период, а представители Chlorococcales просто сосуществовали вместе с этими доминирующими видами Цианобактерии.

Потенциальные экологические осложнения обогащения питательными веществами и нарушения также включают модификации естественного состава сообщества фитопланктона, которые, в свою очередь, могут изменить пищевую сеть экосистемы и круговорот питательных веществ [17, 36].Если будет благоприятствовать рост групп фитопланктона, которым легче выпасаться, таких как диатомовые водоросли, трофический перенос и круговорот питательных веществ будут широко происходить в водных экосистемах с увеличением экспорта ассимилированных водорослей в экосистемы озер. С другой стороны, если нагрузка питательными веществами благоприятствует функциональным группам фитопланктона, которые могут быть нелегко поедать, например динофлагеллятам, трофический перенос будет плохим, и в конечном итоге в отложениях будут обнаружены относительно большие количества неизрасходованной биомассы водорослей.

Реф. [37, 38] сообщили, что собранные сезонные образцы эпипелических диатомей коррелировали с комбинацией переменных окружающей среды, таких как температура, концентрация нитрита и процент от общего органического углерода в отложениях.

Скорость роста фитопланктона зависит от биодоступных значений фосфора и азота в воде, интенсивности света и констант полунасыщения питательных веществ, а также света в соответствии с функцией Михаэлиса – Ментен [39].

С другой стороны, в скорости роста ограничения каждого питательного вещества и света умножаются вместо обычного способа брать минимум из трех ограничивающих факторов.Таким образом, скорость роста зависит от наличия питательных веществ и света одновременно, а не только от минимального фактора. Выраженная таким образом скорость роста не так чувствительна к ограничивающему фактору и неточности в соотношении питательных веществ (рис. 1). Уровень питательных веществ, которые могут быть усвоены водорослями, рассчитывается путем вычитания питательных веществ в водорослях и детрите из общей питательной ценности [39].

Перед тем, как начать обсуждение индикаторов планктона, может быть предпочтительнее указать, что некоторые помехи возникли в результате двух различных подходов.С одной стороны, были предприняты попытки охарактеризовать планктон по количеству видов, независимо от того, представлены ли эти виды несколькими или множеством особей. С другой стороны, у нас есть поиск экологических доминантов и параллельные попытки классифицировать и назвать сообщества или ассоциации по их доминирующим видам. Таким образом, планктон олиготрофного озера представлен десмидиями, что означает, что оно включает много видов десмидий, но в пробе планктона могут преобладать диатомеи.Это очень распространенное состояние для олиготрофных озер.

Рис. 1.

Диаграмма реакции фитопланктона на изменение питательных веществ и условий окружающей среды (согласно [36]).

Многомерные методы, такие как классификация и ординация, использовались для изучения сотрудничества между экологическими факторами или участками и для выявления значимости иерархии их изменчивости. Эти методы помогают в экологическом уточнении полевых данных и создании новых гипотез [31, 40].

5. Значения индикаторов групп водорослей

В целом качество воды определяется и определяется с помощью нескольких физических, химических и биотических процедур. Биотический анализ (качественный и количественный анализ сообществ фитопланктона) проводится в поддержку интерпретации результатов физико-химического анализа воды. Мониторинг фитопланктона и водорослей имеет большое значение, потому что мониторинг, основанный исключительно на физическом и химическом анализе, иногда бывает недостаточным.Состав фитопланктона не только демонстрирует определенное состояние вод, но и предыдущие состояния водной экосистемы. Фитопланктон демонстрирует качество воды через изменения в составе сообщества, его распределении и доле чувствительных видов [41].

Особое значение в общей структуре видового разнообразия имеет редкость вида. Редкие виды составляют важный компонент видового богатства и являются предметом многих экологических теорий и споров [41, 42].Если редкие виды составляют самый большой компонент видового богатства, они могут играть важную роль в качестве «страховочной сети» для сохранения и разнообразия сообществ [42]. Разнообразие видов уменьшается до минимального уровня, когда доминируют один или несколько видов.

Модель Ref. [36] показали, что ряд показателей улучшения питательных веществ кратко излагается ниже. Эти индикаторы относятся к индикаторам прямого воздействия:

• Слишком сильный рост фитопланктона в водной экосистеме.

• Нарушения в специфическом планктонном сообществе.

• Слишком сильный рост условно-патогенных макроводорослей на приливных отложениях и породах.

• Слишком сильный рост эпифитных водорослей, особенно на макрофитах.

К индикаторам ненаправленного воздействия относятся:

• Кислородное истощение в воде постепенно увеличивается. После этого эффекта цветение фитопланктона начинает исчезать. Это могло иметь летальные и сублетальные последствия для рыб и беспозвоночных.

• Повышенная мутность водоемов, вызывающая уменьшение световой зоны и затенение макрофитов.

• Уменьшение содержания кислорода в поверхностных отложениях, вызывающее аноксию. Это могло иметь смертельное воздействие на беспозвоночных, а также на птиц, питающихся ими.

Значения хлорофилла a характеризуют очень простой и комплексный детерминант реакции сообщества фитопланктона на улучшение питательных веществ. Увеличение биомассы фитопланктона можно определить по увеличению значений хлорофилла-а (таблица 1).Хлорофилл-а является показателем прибыли биомассы фитопланктона и водорослей и, возможно, единственным наиболее чувствительным индикатором обогащения N и P в пресноводной экосистеме [36].

Таблица 1.

Некоторые индикаторы для оценки трофического статуса на основе физических, химических и биологических параметров.

TP: фосфор общий; Хл-а: хлорофилл-а; SD: диск Секки; DIN: растворенный неорганический азот; DIP: растворенный неорганический фосфор.