Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы подразделяются на:

- лентические, т.е. экосистемы со стоячей водой (озера, пруды);

- лотические, т.е. экосистемы с проточной водой (родники, ручьи, реки);

- заболоченные участки с изменяющимся с течением времени уровнем.

Составляя весьма малую часть от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы имеют большое значение для человека, т.к. пресная вода является практически единственным источником для бытовых и промышленных нужд.

Лимитирующими факторами водной среды являются температура, прозрачность, течение, содержание солей и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны; поэтому для них опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для водных экосистем очень важна прозрачность воды, характеристикой которой служит глубина водного слоя, в котором возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. В различных пресноводных водоемах наблюдается разная степень прозрачности: от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах до десятков метров в чистых горных озерах. Течение является важным лимитирующим фактором в лотических экосистемах; оно влияет на распространенность организмов и содержание газов и солей.

Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода. Лимитирующими из биогенных солей обычно служат нитраты и фосфаты.

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

Весьма существенной является разница в концентрации солей в организме гидробионта и в окружающей водной среде, приводящая к осмотическим явлениям на границе организм - среда. В зависимости от различия в концентрации солей в организме рыбы и в воде, жидкость в организме рыбы может быть гипертонична или гипотонична (в первом случае давление жидкости в организме рыбы повышено, во втором - понижено); и то и другое может приводить к гибели животного. Поэтому пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские - в реке или пресном озере. Но существуют рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому, что у них есть специальные механизмы осмотической регуляции.

Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней. Продуцентами служат автотрофы: фото- и хемосинтезирующие микроорганизмы и водные растения. Консументы представлены широким набором животных: от растительноядных и хищников различных порядков до паразитов. Редуценты также отличаются большим разнообразием.

С точки зрения классификации по месту обитания в водоеме организмы можно разделить на специфические группы, например, организмы, прикрепляющиеся ко дну, живущие в илистых осадках или просто покоящиеся на дне. Другую группу образуют животные и растения, прикрепляющиеся к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема. Третья группа представлена мелкими организмами, как бы взвешенными в воде и перемещающимися с помощью течения (фитопланктон, зоопланктон). Наконец, рыбы, амфибии и др. образуют группу организмов, самостоятельно перемещающихся в воде.

Особое значение имеет распределение организмов по трем зонам водоема. Литоральной зоной называют толщу воды, где солнечный свет доходит до дна. Лимническая зона - это толща воды до глубины, куда проникает всего 1% потока солнечного излучения и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной называют всю толщу воды в литоральной и лимнической зонах, куда проникает солнечный свет. Наконец, профундальная зона - это дно и толща воды на глубине, куда не проникает солнечный свет.

Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: это растения, укрепленные в дне и плавающие. Растения, укрепленные в дне, образуют три зоны: зону надводной вегетации, когда фотосинтезирующая часть растений расположена над поверхностью воды, а биогенные элементы извлекаются из донных осадков (камыши); зону укрепленных в дне растений с плавающими на поверхности воды листьями (кувшинки); зону подводной вегетации, когда укоренившиеся в дне растения полностью находятся под водой.

Литоральная зона характеризуется наибольшим видовым разнообразием животных по сравнению с остальными зонами. Так, рыбы большую часть жизни проводят в литоральной зоне и здесь же размножаются. В сообществах лимнической зоны продуцентом является фитопланктон. Сообщества профундальной зоны существуют без солнечного света.

Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи и распределении кислорода в ней. Например, в озерах умеренного пояса в летнее время толщу воды можно условно разделить на верхнюю зону, где происходит конвекция воды, промежуточную зону, где вода не перемешивается с водой верхней зоны, и придонную область холодной воды, где нет конвекции. Промежуточная зона обычно расположена в профундальной зоне, куда не проникает солнечное излучение, и запасы кислорода в придонной области, отрезанной от его источников, истощаются. Осенью, вследствие выравнивания температур, происходит общее перемешивание воды в озере и обогащение придонной области кислородом.

Лотические экосистемы - реки - отличаются от стоячих водоемов наличием течения - важного лимитирующего фактора, значительно более активного обмена между сушей и водой, более равномерного распределения кислорода. Скорость течения влияет на распределение рыбы в реках - рыба может жить и под камнями, и в заводях, под перекатами, но это будут разные виды, адаптированные к конкретным условиям.

Река - это в значительной степени открытая экосистема, в которую с прилегающих территорий поступает большое количество органического вещества. Трофические цепи лотических экосистем основываются на привнесенной органике: более 60% энергии консументы получают от привнесенного материала.

В больших реках прослеживается продольная зональность, проявляющаяся, в частности, в изменении видового состава рыбы. К низовьям видовой состав обедняется, но увеличиваются размеры рыбы.

Заболоченные пресноводные участки делят на низинные и верховые. Низинные, как правило, питаются подземными водами, а верховые - атмосферными осадками. Болотистые почвы и торфяники содержат много углерода (14 - 20%), поэтому их сельскохозяйственная разработка приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа.

МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Океан занимает более 70% поверхности земного шара. Жизнь в океане присутствует практически везде, но наиболее богаты ее формы вблизи материков и островов. В океане практически отсутствуют абиотические зоны, несмотря на то, что барьерами для миграции организмов являются температура, соленость, глубина.

Благодаря постоянно действующим ветрам - пассатам, в океанах и морях происходит постоянная циркуляция воды за счет мощных теплых или холодных течений, что исключает дефицит кислорода в глубинах океана.

В прибрежной зоне значительную роль играют приливы, вызванные гравитационными полями Луны и Солнца. Они обусловливают заметную периодичность в жизни биологических сообществ.

Среднее содержание солей в океанской воде составляет 35 г/л. Около 25% из этого количества приходится на долю хлористого натрия, остальное - это, в основном, соли кальция, магния и калия (сульфаты, карбонаты, бромиды и др.); на долю соединений других элементов приходится менее 1%. В воде прибрежной зоны, там, где устья рек переходят в заливы, величина солености, оставаясь меньше указанного среднего по всему океану значения, в течение года испытывает значительные сезонные колебания. Поэтому именно в этой прибрежной зоне обитают организмы, обладающие специальными механизмами осмотической регуляции и, соответственно, способные жить как в пресноводной, так и в соленой средах.

Важным лимитирующим фактором в морской среде является содержание биогенных элементов. На первый взгляд, их содержание в океанской воде чрезвычайно мало, составляя несколько миллиардных долей от полной массы воды. Однако оборот биогенных элементов в морских экосистемах очень высок; они быстро перехватываются организмами и попадают в их трофические цепи, практически не достигая гетеротрофной зоны.

Главным фактором, на основе которого дифференцируется морская биота, является глубина моря. По мере удаления от берега в океане различают следующие зоны. Материковый шельф с плавно нарастающей глубиной резко сменяется материковым склоном, переходящим в более пологое материковое подножие, которое с ростом глубины переходит в ровное ложе океана - абиссальную равнину. Последняя представляет собой область океанических глубин от 2000 до 5000 м. Абиссальная область местами разрезается глубокими впадинами и ущельями, глубина которых достигает 6000 м.

Самый верхний слой океанской воды, куда проникает солнечный свет и где создается первичная продукция, как и в пресноводных лентических системах, называют эвфотической зоной. Ее мощность в открытом океане достигает 200 м, а в прибрежной части - не более 30 м.

В морских биотических сообществах продуцентами являются водоросли и фитопланктон; к первичным консументам относятся зоопланктон и ракообразные. Подавляющее число крупных морских животных - хищники. Для морских экосистем характерно наличие важной группы животных, которую называют прикрепленными. Многие из них напоминают растения; отсюда происходят их названия (например, морские лилии). В морских экосистемах широко развиты симбиоз (мутуализм) и комменсализм.

Наиболее продуктивны в Мировом океане области апвеллинга. Апвеллингом называют процесс подъема холодных вод с глубины океана там, где ветры постоянно перемещают поверхностный слой воды от материкового склона, а взамен нее из океанских глубин поднимается вода, обогащенная биогенными элементами. Области апвеллинга расположены вдоль западных берегов континентов. Они богаты рыбой и птицами, живущими на островах. Но при изменении направления ветра происходит резкий спад жизнедеятельности планктона и наблюдается массовая гибель рыбы вследствие снижения концентрации кислорода в воде.

Область континентального шельфа (условно включающая прибрежные области океана с глубинами до 200 м) составляет около 8% площади океана и является самой богатой в океане с точки зрения биоразнообразия. Прибрежная зона благоприятна по условиям питания; так что даже в дождевых тропических лесах нет такого разнообразия, как здесь.

Лиманами называют полузамкнутые прибрежные водоемы, представляющие собой экотоны между пресноводными и морскими экосистемами. Лиманы чрезвычайно высокопродуктивны. Они являются ловушками биогенных веществ и богаты целым комплексом морепродуктов (рыба, крабы, креветки, устрицы и т.д.).

Океанические области (эвфотическая зона открытого океана) бедны биогенными элементами, так что эти воды можно считать "пустынями" по сравнению с прибрежной зоной. Арктические и антарктические зоны намного продуктивнее, так как плотность планктона растет при переходе от теплых морей к холодным, поэтому и фауна рыб и китообразных здесь значительно богаче.

Фитопланктон является продуцентом - первичным источником энергии в пищевых цепях. Крупные животные, прежде всего рыбы, здесь являются преимущественно вторичными консументами, питающимися зоопланктоном.

Видовое разнообразие фауны снижается с глубиной и, тем не менее, разнообразие рыб в абиссальной зоне велико, несмотря на то, что она практически лишена продуцентов. Видовое разнообразие в абиссальной зоне обусловлено стабильностью условий в течение очень длительного времени, что привело здесь к замедлению эволюции и сохранило многие виды из далеких геологических эпох.

Экосистемы глубоководных зон океана расположены на глубинах более 3000 м, в сплошной темноте, где невозможен фотосинтез. Здесь преобладает сероводородное заражение, имеются выходы горячих подземных вод, высокие концентрации токсичных металлов. Живые организмы здесь представлены гигантскими червями, крупными двустворчатыми моллюсками, крабами, креветками и отдельными экземплярами рыб, приспособленных к жизни в подобных условиях. Продуцентами здесь выступают сероводородные бактерии, существующие в симбиозе с моллюсками.

Океан является колыбелью жизни на планете. Появление жизни в океане более 3 млрд. лет тому назад положило начало формированию биосферы. И сегодня, занимая более 70% поверхности Земли, океан в сочетании с материковыми экосистемами во многом определяет целостность современной биосферы Земли.

Целостность биосферы обусловлена непрерывным обменом вещества и энергии между ее составными частями. Поэтому изменение даже одного звена влечет за собой изменение в той или иной степени всех остальных звеньев. Экосистемы и ландшафты представляют собой единую целостную систему, поэтому изменения в ландшафтной оболочке Земли, например, изменение количества осадков и температуры, влечет за собой соответствующие изменения в биосфере.

Ярким примером проявления системного характера в поведении экосистем и ландшафтных характеристик служит явление, получившее название Эль-Ниньо. На западном побережье Латинской Америки расположена пустыня Атакама. Пустынность ее обусловлена холодным Перуанским течением. Годовое количество осадков составляет 10 - 50 мм. Область океана вблизи западного побережья Южной Америки представляет собой зону апвеллинга; поэтому холодные океанские воды в этой зоне обогащены кислородом, соответственно, в этой зоне велика плотность фито- и зоопланктона, а значит, много рыбы. Но раз в 8 - 12 лет от экватора распространяется теплое течение Эль-Ниньо. Приход этих обедненных кислородом малопродуктивных вод вызывает катастрофические последствия для экосистемы: рыба практически исчезает, морские птицы, питающиеся рыбой, частично гибнут, частично улетают. В этот же период над пустыней Атакама разражаются тропические ливни, вызывающие мощные наводнения, появляются растения и громадное количество насекомых. Такое состояние продолжается несколько месяцев, после чего теплое течение отступает к экватору, а холодное Перуанское снова занимает свое место. При этом все природные процессы развиваются в обратном направлении.