Среды жизни. • 1. Почва как среда жизни. Экологические группы животных обитателей почвы. • 2. Водная среда Экологические зоны в водной среде. Водные экосистемы как жизненная среда.
• Выделяют четыре основные среды обитания животных организмов • водная • почвенная • наземно воздушная • живые организмы
Почвенная среда обитания • Почва верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. • Почва биокосная система, основанная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами и почвенными организмами.
• Из всех оболочек Земли почвенный покров – самая тонкая оболочка, мощность наиболее плодородного гумусированного слоя даже в черноземах не превышает, как правило, 80 100 см, а во многих почвах большинства природных зон она составляет всего лишь 15 20 см.
Особенности почвы 1. Высокая плотность Приспособления организмов Примеры организмов Микроскопические размеры Водоросли, грибы, простейшие, вирусы, бактерии. Роющие конечности, способность изменять толщину своего тела, мощные резцы Кроты, медведки, слепыши. Округлая, червеобразная форма тела Дождевые черви, личинки насекомых, многоножки 2. Комковатая структура Прочные и гибкие покровы тела (защита от повреждений) Жуки, клещи, муравьи 3. Отсутствие света почти во всех горизонтах Редукция органов зрения, Кроты, слепыши. Исчезновение пигментации (окраски) у части растений и животных Микроорганизмы 4. Полости заполнены газами и растворами Наличие плотной, не проницаемой для воды и газов оболочки - кутикулы Почвенные насекомые 5. Недостаток кислорода, избыток углекислоты Кожное дыхание (использование воздуха, растворенного в воде) Дождевые черви, личинки насекомых и другие беспозвоночные
• В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты: • минеральные частицы (песок, глина), вода, воздух; • детрит отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных; • множество живых организмов от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса.
• • • Составные части Материковая порода (50 60%) Гумус (органическое вещество) – 10% H 2 O – 15 25% Воздух – 25 35%
• • • 5 главных почвообразовательных факторов климат геологическая основа рельеф живые организмы время
• Почва важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями. • Почва – слой вещества поверх горных пород. Сложная динамическая система. •
• Почва – поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растений, животных и мо, горных пород и является самостоятельным природным образованием.
• По многим параметрам почва по сути дела является переходной средой обитания, соединяющей черты водной и наземно воздушной.
• С водной средой почвенную среду обитания объединяют: • стабильный температурный режим; • ограниченность ресурсов кислорода; • возможность передвижения в трех измерениях; • вариабельность химического состава почвенных растворов; • то обстоятельство, что вода представляет собой скорее условие, чем ресурс.
• С наземно-воздушной почвенную среду обитания объединяют: • резкие колебания температуры на границе сред; • ограниченные водные ресурсы поверхностного слоя; • то обстоятельство, что в верхних горизонтах кислород скорее является условием, а не ресурсом.
• Почва — основа для развития растительности. Именно из почвы растения получают необходимые для существования питательные элементы: азот, фосфор, калий, кальций и др. • Корневые системы пронизывают почвенные горизонты, участвуя в формировании почвенной структуры.
• Корневые выделения (экскреты), обладая высокой биохимической активностью, оказывают серьезное влияние на химический состав почв. • Суммарная масса корней достигает огромных величин. В тайге она может составлять 300 800 ц/га, а в тропиках возрастать до 900 1000 ц/га.
• Развитию корневых систем в почвах, а значит, и всему растению во многом способствуют почвенные микроорганизмы. •
• В почвах встречается огромное число представителей разных таксономических групп. • На каждом квадратном метре почвы можно встретить до 1000 различных видов почвенных обитателей.
• Видовое разнообразие почвообитающих беспозвоночных может быть сравнимо с разнообразием коралловых атоллов тропических областей, а количество видов на единицу площади превышает таковое в водных и наземных средах. • Наряду с беспозвоночными многие мелкие позвоночные животные большую часть жизненного цикла проводят в почвах и существенно влияют на их состояние.
• Растения поглощают из почвы необходимые минеральные вещества, но после смерти растительных организмов изъятые элементы возвращаются в почву. • Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки. Таким образом, в естественных условиях происходит постоянный круговорот веществ в почве.
• В искусственных агроценозах такой круговорот нарушен, так как человек изымает значительную часть сельскохозяйственной продукции, используя ее для своих нужд. • Из за неучастия этой части продукции в круговороте почва становится бесплодной. Чтобы избежать этого и повысить плодородие почвы в искусственных агроценозах, человек вносит органические и минеральные удобрения.
• В почве обитает великое множество различных живых организмов эдафобионтов, формирующих сложную пищевую детритную сеть
• Помимо постоянных обитателей почвы, то есть педобионтов, роющую деятельность в грунте осуществляют представители экологической группы норников. • Кормятся они на поверхности почвы, но значительную часть времени проводят в норах, где отдыхают, зимуют, размножаются, спасаются от хищников и неблагоприятных факторов. • К числу таких животных принадлежат сверчки, норные пауки, многие грызуны (сурки, суслики, песчанки и др. ), кролики, барсуки.
• Среди почвенной фауны выделяется несколько групп по продолжительности пребывания в почвах. • Геобионты — постоянные обитатели почвенных горизонтов, никогда не покидающие почв. К ним относятся простейшие, коловратки, тихоходки, многие нематоды, дождевые черви и др.
Дождевой червь
• Геофилы — животные, проводящие в почве часть жизненного цикла, во время которой активно участвуют в почвенных процессах. • Это многие личинки насекомых (жесткокрылых и двукрылых).
• Геоксены — обитатели, использующие почву как временное укрытие для прохождения определенных этапов жизни: насекомые, зимующие в почве или подстилке, окукливающиеся насекомые.
• В сообщество почвенных животных входят представители, сильно различающиеся друг от друга по размеру особей. • Простейшие, например, не превышают 200 мкм, а некоторые дождевые черви достигают 40— 60 см в длину.
размерные классификации почвообитающих животных • Так, по классификации М. С. Гилярова (1965), которая часто применяется в нашей науке, почвенная фауна делится на нано-, (< 0, 2 мм), микро- (0, 2 — 2 мм), мезо-(2 — 20 мм) и макрофауну (> 20 мм).
• Каждая размерная группа имеет пространственное распределение в почвенных горизонтах. • Капилляры и водные пленки вокруг почвенных агрегатов — это местообитание представителей нанофауны. • В пустотах и порах, заполненных воздухом, живет микрофауна. • Для крупных почвенных беспозвоночных, а также позвоночных животных среда обитания — вся почвенная структура.
• нанофауна — простейшие (Protozoa) • Малые размеры простейших облегчают их перенос различными агентами. Для них характерно быстрое размножение при благоприятных условиях, а также образование стойких покоящихся стадий — цист. • Это такое состояние клетки животного, когда цитоплазма обезвоживается, сжимается и покрывается защитными оболочками. Появление цист определило чрезвычайно широкое распространение простейших в разнообразных природных ландшафтах.
• Необходимое условие для существования простейших в активном состоянии — вода. В связи с этим основным местом обитания свободноживущих простейших служат пресные и морские водоемы. • Однако немалая их часть приспособилась к жизни в почве, в ее подстилочных и органоминеральных горизонтах.
• Представители микрофауны – простейшие, коловратки, мелкие нематоды – фактически остаются водными животными и населяют поры и полости, заполненные гравитационной и капиллярной водой.
• Основу населения почвенных простейших составляют инфузории (Ciliata), жгутиконосцы (Flagellata), голые амебы (Amoebida) и раковинные амебы (Testacea).
• Коллемболы, клещи, пауроподы, симфиллы, мелкие паучки и многоножки используют полости и камеры в почвенных горизонтах, устраивая там свои жилища. • Численность отдельных представителей микрофауны достигает огромных величин — десятки и сотни тысяч экземпляров на 1 м 2.
• Клещи. Это важные и многочисленные в большинстве почв представители микрофауны. Сборная группа паукообразных, объединяющая свободноживущих и паразитических мелких беспозвоночных, сильно различающихся по своей экологии. • Среди них имеются хищники, сапрофаги и растительноядные формы. Пищевые связи клещей хорошо изучены по сравнению с другими представителями почвенной фауны, так как многие из них — переносчики возбудителей опасных заболеваний, естественные враги многих экономически важных видов животных и вредители полезных растений.
• Представители макрофауны • Многоножки и черви энхитреиды протискиваются в скважины и расталкивают почвенные частицы. • Дождевые черви и личинки комаров долгоножек работают гидравлическим методом, – перераспределяют целомическую жидкость либо гемолимфу. • Личинки других насекомых используют для прокладки ходов челюсти, головную капсулу как таковую, либо конечности.
• Еще более крупные животные – представители мегафауны – как правило сооружают системы тоннелей. • Это кроты Евразии, слепыши, слепушонки, цокоры, африканские златокроты и австралийские сумчатые кроты, гигантские земляные кольчатые черви сем. Megascolecidae и крупные насекомые (например, медведка).
Загрязнение почв. • В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение. • Одним из последствий усиления производственной деятельности человека является интенсивное загрязнение почвенного покрова.
• При постоянном поступлении в почву вредных веществ, она не в состоянии возобновлять плодородие. И тогда уже загрязненная почва сама становится вредоносной для воды, сельхозпродукции.
Пути проникновения загрязняющих веществ в почву: • С осадками попадают в почву газы оксиды серы и азота, появляющиеся в атмосфере вследствие работы предприятий, расходящиеся в атмосферной влаге. • При сухой погоде обычно оседают твердые и жидкие соединения , в виде пыли и аэрозолей. • В сухую погоду газы поглощаются землей, особенно сырой. • Листьями через устьица, различные вредные соединения впитываются. При опадании листвы , эти соединения попадают в почву.
• Различают несколько типов изменения почв, вызванных разными причинами и приводящих к нарушению структурно функциональных связей почвенных сообществ.
• Физическое изменение связано с различными, прежде всего механически действующими агентами, способными, особенно если они влияют на ризосферу, привести к существенным нагрузкам на соответствующие экосистемы. • Они могут быть связаны с химическими изменениями или часто приводят к таким изменениям.
Физическое изменение почвы • В случае необрабатываемых почв изменение вследствие антропогенных физических нагрузок в близких к природным экосистемах (например, лесах), как правило, относительно невелико. В экосистемах с повышенной антропогенной нагрузкой оно может принять более широкие масштабы. • Физическим нагрузкам сильно подвержены все имеющие антропогенное происхождение (т. е. сильно измененные) почвы. Это относится к большей части почв, возникающих в процессе рекультивации бывших горных разработок, на месте поселений или промышленных предприятий.
• Причины физических нагрузок на почву: • 1) прямые механические воздействия: повышенное давление на поверхность почвы (транспорт, вытаптывание); • особые агротехнические мероприятия, проводимые в пахотном слое почвы или в подпочве;
• 2) процессы, связанные с перемещением почвы: водная эрозия; • золовые отложения (особенно вследствие промышленных выбросов).
• Химическое загрязнение вызвано веществами, действующими в виде газов, растворов (в большинстве случаев водных), или твердых тел и не вызывающими при этом, по крайней мере в начальной стадии, изменений физического характера.
• К наиболее опасным загрязнителям почв относят ртуть и ее соединения. Ртуть поступает в окружающую среду с ядохимикатами, с отходами промышленных предприятий, содержащими металлическую ртуть и различные ее соединения. • Еще более массовый и опасный характер носит загрязнение почв свинцом. Известно, что при выплавке одной тонны свинца в окружающую среду с отходами выбрасыва ется его до 25 кг. •
• В роли основных загрязнителей почв выступают металлы и их соединения, радиоактивные элементы, а также удобрения и ядохимикаты, применяемые в сельском хозяйстве.
Свинцовые отравления • Свинец является одним из наиболее токсичных металлов и включен в списки приоритетных загрязнителей рядом международных организаций, в том числе ВОЗ, ЮНЕП, Американским агентством по контролю за токсичными веществами и заболеваниями (CDC), и другими аналогичных государственными организациями в различных странах.
• основными источниками поступления свинца в окружающую среду и его воздействия на состояние здоровья населения являются выбросы промышленных предприятий, использование свинецсодержащих припоев в консервной промышленности, свинецсодержащих красок, применение свинцовых материалов в водопроводных системах; главным источником поступления свинца в организм человека являются почва (пыль и пищевые цепочки) и атмосферный воздух;
• прямым показателем свинцовой интоксикации является уровень свинца в крови; воздействие свинца особенно губительно сказывается на детском организме, который гораздо более чувствителен, чем взрослый, к токсическому воздействию ксенобиотиков, в том числе свинца. • Показано, что даже низкие уровни свинца в организме детей приводят к существенному снижению умственного развития.
• Соединения свинца использовались в качестве добавок к бензину, поэтому автотранспорт являлся серьезным источником свинцового загрязнения. Особенно много свинца в почвах вдоль крупных автострад.
• Вблизи крупных центров черной и цветной металлургии почвы загрязнены железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами. Во многих местах их концентрация в десятки раз превышает ПДК.
• Особую опасность представляют стойкие органические соединения, применяемые в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве, в воде, донных отложениях водоемов. • Но самое главное они включаются в экологические пищевые цепи, переходят из почвы и воды в растения, затем в животных, а в конечном итоге попадают с пищей в организм человека.
• Одним из видов антропогенного воздействия является загрязнение пестицидами. • Пестициды – это общее название обширной группы ядохимикатов, используемых для защиты растений, уничтожения паразитов, переносчиков заболеваний человека и сельскохозяйственных животных. • Попадая на растения, в почву и водоёмы, пестициды концентрируются живыми организмами и нарушают равновесие в природных экосистемах. По цепочкам питания они переходят в организм человека, нарушая его жизнедеятельность.
• За последние годы отмечается повышение степени загрязнения почв хлорорганическими и фосфорорганическими пестицидами. Их опасные количества выявлены в продуктах питания, питьевой воде, даже в молоке кормящих матерей и в тканях новорожденных детей. • Неумеренное применение пестицидов негативно влияет на качество почвы. В связи с этим усиленно изучается судьба пестицидов в почвах и возможности их обезвреживать химическими и биологическими способами.
• Экологически значительно целесообразнее для борьбы с сельскохозяйственными вредителями использовать природные или биологические методы. • Существуют четыре основных категорий биологических методов борьбы с вредителями: • а) с помощью естественных врагов; • б) генетические методы; • в) использование стерильных самцов; • г) с помощью природных химических соединений
• • • Основными загрязнителями почв являются: пестициды (ядохимикаты); минеральные удобрения; отходы и выбросы производства; газодымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; • нефть и нефтепродукты.
Рисунок. Виды антропогенных загрязнителей литосферы.
Рисунок. Результат загрязнения литосферы.
• Деградация почв- постепенное ухудшение свойств почв (уменьшение содержания гумуса, разрушение структуры, снижение плодородия), вызванное изменением условий почвообразования главным образом под влиянием хозяйственной деятельности человека.
Американский эколог Л. Браун(1922) подразделил сельскохозяйственные угодья по степени деградации на три категории: слабой деградации- те земли, потенциальная производительность которых снижена менее чем на 10%; умеренной деградации- соответственно на 1015%; сильной деградации- соответственно более 50%
Антропогенные факторы деградации почвы: • • • процесс урбанизации, чрезмерный выпас скота, кислотные дожди, вторичное засоление, пестициды, загрязнение токсинами, орошение и осушение, неправильная агротехника, открытая разработка полезных ископаемых, эрозия.
• Истощение земли – устойчивая потеря землёй свойства плодородия в силу возникновения и развития вредных процессов на почве.
• • Формы истощения: заболачивание засоление зарастание сорняками неправильный полив при орошении вырубка водоохранных лесов выпас скота.
• Девиз экологического земледельца • «Мы не получаем землю в наследство от родителей, мы берём её в долг у наших детей и внуков» . •
• Эрозия – процесс разрушения и сноса почвенного покрова. • Эрозия почвы – многообразные процессы разрушения и сноса почвенного покрова. 1)Естественный 2)Ускоренный •
Причины: • Бесконтрольная вырубка лесов. Лес – защита почвы. Сток увеличивается в 2 3 раза. Испарение в 3 раза больше чем в лесу. • Неумеренный выпас скота. Увеличение поголовья растительность беднеет, вымывание почвы, обеднение видового состава. • Неправильная распашка склонов 2 3% крутизны. • Неправильные методы земледелия (монокультура, легкоэрозийная почва).
• Водная – в 2 3 раза больше после вырубки. Ускорение в 3 раза стока дождевых вод, талых вод, размывание почвы, возникновения оврагов. Формы: селевые потоки, оползни. Причины: вырубка горных лесов, неумеренный выпас скота. • Ветровая – выдувание почвы. Скорость ветра – 15 20 м/с. • Техническая – разрушение под воздействием транспорта, техники. • Ирригационная
• • • Противоэрозийные мероприятия Снегозадержание Севооборот Полезащитные покровы Севооборот – сердцевина экологии земледелия. Оптимальное использование минеральных удобрений. Они должны компенсировать вынос питательных элементов с урожаем, но не создавать избытка в почвенном растворе.
Негативные последствия внесения азотных удобрений в почвы (по Б. Гржиману, 1988)
• Для обеспечения экологически безопасного использования азотных удобрений необходимо обеспечить следующие условия их применения: • Сбалансированность минерального питания растений. • Сроки и способы внесения азотных удобрений • Использование ингибиторов и др.
• Сидераты – культуры, зеленая масса которых, не вывозится с полей, а закапывается целиком, либо 1/2. • Эквивалентна внесению на 1 га – 30 50 т навоза • Безотвальная технология земледелия, разрыхление почвы. Сохраняется 90% стерни, а корни подрезаются. Сбор зерна повышается на 2 4 ц с 1 га
• Ингибиторы – специально синтезируемые химические соединения. • Их вносят в почву с минеральными удобрениями, чтобы ограничить действие микроорганизмов, окисляющих аммонийный азот до нитратов. • (нитрапирин, триазол, триазон)
Мероприятия по охране почв • Загрязнение от биологических агентов. Инкубатор яиц. • Загрязнение химикатами (радиоактивными металлами) химический состав: заболевания человека.
• Рекультивация – комплекс мероприятий направленных на восстановление продуктивности нарушенных земель, а также на улучшение условий окружающей среды.
МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ В ПОЧВЕННОМ МОНИТОРИНГЕ • Почвенный покров накапливает информацию о происходящих процессах и изменениях, т. е. почва является своеобразным индикатором не только сиюминутного состояния среды, но и отражает прошлые процессы. Поэтому почвенный (агроэкологический) мониторинг имеет более общий характер и открывает большие возможности для решения прогностических задач. • Основными показателями, которые оцениваются в процессе агроэкологического мониторинга, являются следующие: кислотность, потеря гумуса, засоление, загрязнение нефтепродуктами.
ВОДНАЯ СРЕДА
Водная среда • Вода самое распространенное неорганическое соединение на нашей планете. • Вода основа всех жизненных процессов, единственный источник кислорода. • Вода присутствует во всей биосфере: не только в водоемах, но и в воздухе, и в почве, и во всех живых существах. • Последние содержат до 80 90% воды в своей биомассе. Потери 10 - 20% воды живыми организмами приводят к их гибели.
• • • Вода связанная и свободная Свойства H 2 O: чистая, без примесей. содержит необходимые микроэлементы Хорошая H 2 O – предмет экспорта. Алжир на привозной, Гонконг – трубопровод из Китая. • Новые источники H 2 O.
• Водная среда жизни — самая древняя, в ней жизнь зародилась и долго эволюционировала до того, как первые организмы появились на суше. • В составе водной среды жизни различаются два ее главных варианта: пресноводная и морская среды. • Водой покрыто более 70% поверхности планеты.
• Доступная для наземных организмов H 2 O составляет ничтожную часть от её общего количества 0. 001%. • Вода океанов могла бы покрыть весь земной шар слоем 2. 700 м. , вода рек и озёр – 0. 4 м. , вода атмосферного пара – 3 см. , вода в телах живых организмов – 1 м. • Пресная вода составляет 2, 7% от общего объема воды. • Вода занимает 71% суши земного шара, лишь 0. 45% – пресные водоёмы. • 98% – океан, 1, 24% – льды.
• Разнообразие организмов в водной среде много ниже, чем на суше. Лишь каждый десятый вид царства растении связан с водной средой, разнообразие водных животных несколько выше. • Общее соотношение числа видов суша/вода — около 1: 5.
• В водной среде обитает 150. 000 видов животных (7%) от общего числа, 10. 000 в растениях (8%).
Параметры водной среды. • Вода является важнейшим возобновляемым природным ресурсом. В результате нарушения природного равновесия вода необратимо меняет свои качества, и в последнее время резко обострилась проблема достаточного количества биологически полноценной воды.
• Свойства и качество природных вод зависят от состава и концентрации содержащихся в ней веществ. • Природная вода содержит многочисленные растворенные вещества соли, кислоты, газы, продукты отходов промышленных предприятий и нерастворимые частицы минерального и органического происхождения.
Для водной среды обитания характерны следующие черты: • • • большая плотность; значительные перепады давления; относительно малое содержание кислорода; сильное поглощение световых волн; перепады солености; наличие горизонтальных, а иногда и вертикальных перемещений водных масс; • наличие взвесей, определяющих мутность
• Плотность воды выше плотности воздуха в 800 раз. • И давление на населяющие ее организмы также выше, чем в наземных условиях: на каждый 10 м глубины оно возрастает на 1 атм. • Чтобы жить в водной среде, организмам необходима плавучесть за счет увеличения поверхности тела и формирования тканей и органов, содержащих воздух
• Кислород является в водной среде ресурсом, поскольку его максимальное содержание здесь по крайней мере в 21 раз ниже, чем в воздухе стандартного состава.
В водоемах выделяют следующие зоны ЛИТОРАЛЬ – мелководный участок, в котором свет проникает до дна. В этой зоне встречаются высшие растения, укореняющиеся в дне водоема. ПРОФУНДАЛЬ – дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет. В прудах часто отсутствует.
• Лимническая зона – толща воды до глубины эффективного проникновения света • Эта глубина называется КОМПЕНСАЦИОННЫМ ГОРИЗОНТОМ (процессы фотосинтеза уравновешивают процессы дыхания) • Сюда проникает 1% солнечного света. Сообщество включает представителей планктона, нейстона и иногда нектона. В малых прудах эта зона отсутствует. • Эфтрофическая зона = литораль + лимническая зона
Экологическая классификация гидробионтов • Гидробионты – организмы, обитающие в водной среде. • Толщу воды населяет множество организмов. Они подразделяются на нектон, планктон и бентос
экологические группы • Нейстон (от греч. neusteon – способный плавать) – плавающие по поверхности организмы (бактерии, простейшие, клопы водомерки, жуки вертячки, водоросли).
§ нейстон (организмы на поверхности воды) § перифитон (мелкиеорганизмы, обрастающие поверхность макрофитов, свай, твердыхстенокводоема других и подводных предметов).
• Планктон (от греч. planktos – парящий) – это совокупность плавающих организмов, которые перемешиваются главным образом с помощью течений. • Они не обладают способностью к быстрым активным перемещениям. • В основном это мелкие животные – зоопланктон и растения – фитопланктон.
• Планктон составляют животные, пассивным образом планирующие (флотирующие) в толще воды и переносимые водными массами (многие жгутоконосцы и коловратки, ветвистоусые и веслоногие ракообразные, личинки многих водных беспозвоночных).
• Планктонные организмы располагаются либо на поверхности воды, либо на глубине или даже в придонном слое. • Планктон составляют животные, пассивным образом планирующие (флотирующие) в толще воды и переносимые водными массами (многие жгутоконосцы и коловратки, ветвистоусые и веслоногие ракообразные, личинки многих водных беспозвоночных). •
• Фитопланктон – совокупность микроскопических растений, главным образом водорослей, обитающих в толще воды и передвигающихся под действием водных течений (диатомовые и зелёные водоросли, растительные жгутиконосцы и др. ).
• Зоопланктон и бактерии встречаются на всех глубинах. В морском зоопланктоне доминируют мелкие ракообразные, простейшие, крылоногие моллюски, медузы, плавающие гребневики, сальпы, некоторые черви. • В пресных водах распространены плохо плавающие сравнительно крупные ракообразные, много коловраток и простейших.
• Плейстон (от греч. plein – плавать на корабле) – организмы, у которых часть тела в воде, часть над водой (ряска малая, фезалии, сифонофоры и др. ).
• Специализированные обитатели дна водоемов составляют бентос (водные круглые и кольчатые, взрослые иглокожие, большинство моллюсков и ракообразных, скаты, камбалы, бычки и многие другие рыбы).
• бентос (организмы, обитающие на дне водоемов)
Моллюски
• Фитобентос морей в основном включает бактерии и водоросли (диатомовые, зелёные, бурые, красные). Наиболее богаты фитобентосом скалистые и каменистые участки дна. • Фитобентос пресных вод представлен бактериями, диатомовыми и зелёными водорослями.
• Зообентос представлен главным образом прикреплёнными или медленно передвигающимися, а также роющимися в грунте животными.
• В толще воды активно передвигаются животные, относимые к нектону (дельфины, пелагические рыбы, кальмары, жуки плавунцы, – большинство из них обладает обтекаемой формой тела и эффективными приспособлениями для плавания).
§ нектон (крупные плавающие организмы)
• Нектон (от греч. nektos – плавающий) – это совокупность плавающих, свободно перемещающихся организмов, не имеющих непосредственной связи с дном. • Эти животные способны преодолевать большие расстояния и сильные водные течения. • Для них характерна обтекаемая форма тела и хорошо развитые органы движения.
• Типичными нектонными организмами являются рыбы, кальмары, ластоногие, киты. • В пресных водах, кроме рыб, к нектону относятся земноводные и активно перемешивающиеся насекомые.
• Рис. Представители нектона: 1 – сельдь черноспинка; 2 – попугай рыба (самец и самка); 3 – треска; 4 – барракуда; 5 – мурена; 6 – морской окунь
Черепаха
• По форме тела: ▫ ТОРПЕДОВИДНЫЙ – cкумбрия, кефаль, сельдевая акула, лосось и др. ▫ СТРЕЛОВИДНЫЙ – сарга, щука. ▫ СПЛЮЩЕННЫЙ С БОКОВ – он подразделяется на лещевидный, тип луны – рыбы, тип камбалы. ▫ ЗМЕЕВИДНЫЙ – угри, морские иглы. ▫ ЛЕНТОВИДНЫЙ – сельдяной король ▫ ШАРОВИДНЫЙ – кузовки. ▫ ПЛОСКИЙ – различные скаты, морской черт.
• Водные животные по разному решают проблему ограниченности ресурсов кислорода. Основные варианты могут быть следующими: • 1. Животные эффективно извлекают растворенный кислород, осуществляя газообмен всей поверхностью тела (покровы при этом должны быть тонкими, а отношение объема к площади не слишком большим), либо используя жабры, которые могут быть кожными (иглокожие), кишечными (личинки стрекоз, голотурии), трахейными (многие водные личинки насекомых), конечностными (ракообразные) и ктенидиальными (моллюски). Циркуляция воды позволяет увеличить эффективность газообмена. Для этого многие сидячие и малоподвижные животные создают вокруг себя водоток (усоногие раки, полихеты и др. ).
• 2. Животные потребляют атмосферный кислород: • поступающий по воздуховодам (личинки жуков радужниц встраивают дыхальце в воздухоносные сосуды, прокалывая стебли амфибиотических растений; личинки мух журчалок, называемые крысками, выставляют на поверхность конец длинной и гибкой дыхательной труби; жесткой дыхательной трубкой располагают водяные скорпионы); • набираемый ими при всплытии (водные млекопитающие, лабиринтовые рыбы, легочные моллюски и т. д. );
• 3. Животные используют так называемую физическую жабру. • Она представляет собой прикрепленный к телу пузырек воздуха. Вследствие низкой растворимости, кислород постоянно поступает в пузырек из окружающей воды. Углекислый газ, напротив, за счет хорошей растворимости из него удаляется. • В результате имеет место естественная регенерация воздуха в пузырьке. • Конец брюшка у водных жуков и клопов снабжен удерживающими воздух гидрофобными волосками, здесь же открываются дыхальца трахейной системы. Эффективность физических жабр невысока, и многие крупные насекомые вынуждены регулярно осуществлять всплытие, чтобы обновить пузырек.
• • 4. Животные запасают кислород: воздуха (подводные колокола паука серебрянки); в связанном виде, в составе дыхательных пигментов. Так, у личинок комаров звонцов (красный мотыль) запасы гемоглобина могут составлять до 45% массы тела, что позволяет продолжать активную жизнедеятельность на дне замерзших на зиму водоемов. • 5. Животные при недостатке кислорода переходят в неактивное состояние – состояние аноксибиоза (один из вариантов анабиоза). • 6. Животные переходят на анаэробные варианты обмена веществ (простейшие, например факультативно патогенные жгутиконосцы трихомонады).
• Способы ориентации животных • в водной среде • Звук распространяется в воде быстрее, чем в воздухе. Звуковая сигнализация служит для внутривидовых взаимоотношений. • Эхолокация – восприятие отражённых звуковых волн, электрических разрядов химической среды. • Тип питания – фильтрация, дафнии, мидии.
• нефть и нефтепродукты. • тепловое загрязнение • загрязнители антропогенного характера из воздуха и почв; городские сточные воды, в основном хозяйственно бытовые (коммунальные), содержащие фекалии, детергенты (моющие средства), патогенные микроорганизмы; промышленные сточные воды различных отраслей производства
Химическое загрязнение вод • вызывают сточные воды предприятий, содержащие в токсичных количествах соли свинца, меди, никеля, цинка, кадмия, бериллия, нитраты и нитриты, сульфаты и сульфиды, персульфаты, нефтепродукты, фенолы, пестициды и другие химические соединения, которые нарушают процессы фотосинтеза, обусловливают непригодность воды для рыбного хозяйства, рекреационных целей и хозяйственно питьевого назначения
• ДДТ водой с полей и потоками воздуха занесён в пролив Лонг Айленд. Концентрация в воде – 0, 000003. • Зоопланктон – 0, 04. • Мелкая рыба, питающаяся планктоном – 0, 5. • Крупная рыба, которая пожирает мелкую рыбу – 2, 0. • Птицы, кормившиеся крупной рыбой – 25.
А - Накопление выпадающего с осадками стронция-90 Западных ветров. Ось абсцисс-географическая широта: ось ординат ликюри (м. Ки) на 2, 6 км 2 (по List). Б - возрастание концентрации ДД в звеньях пищевой цепи.
Кости норки 1000 Кости бобра 1400 Кости ондатры 3900 Мягкие ткани окуня 5 Кости окуня 3000 Мягкие ткани двустворчатых моллюсков 750 Планктон Водные растения 300 Донные осадки 200 Малая рыба Озёрная вода Коэффициент накопления относительно озёрной воды. Накопление стронция – 90 в разных частях пищевой сети одного озера. Озёрная вода – 1
• В своей эволюции живые организмы выработали приспособления к среде обитания, однако они могут нормально существовать только в определенном интервале р. Н. • Изменение р. Н влечёт за собой глубокие биохимические перестройки водных экосистем. •
• Когда р. Н снижается до 6. 5 6. 0, погибают многие моллюски, ракообразные, гибнет икра земноводных. • При р. Н равном 6. 0 5. 0 гибнут наиболее чувствительные планктонные организмы и насекомые, сиговые рыбы, форель, хариус, лосось, плотва, окунь и щека.
• Рыба гибнет не только от прямого воздействия кислоты. Вытесненный из горных пород и донных отложений подвижный алюминий повреждает жаберный аппарат. • Из за нарушения кальциевого равновесия рыба теряет способность к воспроизводству.
• При р. Н менее 5, 5 мхи и нитчатые водоросли вытесняют основную растительность водоёма, иногда в воду даже переселяются сфагновый мох – обитатель суши. • При р. Н ниже 4. 5 в воде озёр вымирают микроорганизмы, развиваются анаэробные (бескислородные) процессы с выделением метана и сероводорода
• Очень высокие концентрации нитратов в воде действуют на животных токсически, вызывая поражение нервной системы. • При употреблении воды, содержащей 50 100 мг/л нитратов, повышается уровень метгемоглобина в крови и возникает заболевание метгемоглобинемия.
• Сами по себе нитраты не обладают выраженным свойством вступать в соединение с гемоглобином крови с образованием метгемоглобина. • Образование метгемоглобина наблюдается после восстановления нитратов в нитриты непосредственно в тканях организма или под воздействием микрофлоры желудочно кишечного тракта.
• Образовавшийся метгемоглобин не способен переносить кислород, поэтому при значительном его содержании в крови возникает кислородное голодание, когда поступление кислорода к тканям (при снижении его содержания в крови) или способность тканей использовать кислород оказывается ниже, чем их потребность в нем.
• Вследствие этого в жизненно важных органах развиваются необратимые изменения. • Наиболее чувствительны к кислородной недостаточности центральная нервная система, мышца сердца, ткани почек, печени. • Метгемоглобин может выделяться с мочой, повреждая почки.
• Биологическое загрязнение—стоки, содержащие фекалии, мочу, пищевые отходы, стоки боен, пивоваренных, молочных и сахарных заводов, сыроварен, отходы целлюлозно бумажной промышленности, кожевенных производств и др.
• Загрязнение поверхностных и подземных вод можно распределить на такие типы: • механическое повышение содержания механических примесей, свойственное в основном поверхностным видам загрязнений; • химическое - наличие в воде органических и неорганических веществ токсического и нетоксического действия; • бактериальное и биологическое - наличие в воде разнообразных патогенных микроорганизмов, грибов и мелких водорослей; • радиоактивное - присутствие радиоактивных веществ в поверхностных или подземных водах; • тепловое - выпуск в водоемы подогретых вод тепловых и атомных ЭС.
• Тепловое загрязнение исходит от тепловых электростанций. • Сброс нагретых вод в природные водоемы вызывает повышение температуры воды, замену обычной флоры сине зелеными водорослями, выделяющими при разложении токсические вещества. • Такая вода непригодна для питья, рыбного хозяйства, часто и для промышленности, так как: возможны нарушение технологических процессов, коррозия металлических конструкций.
Примесь Путь проникновения в воду Вредное действие Свинец, Pb 2+ Из свинцовых труб, иногда из промышленных стоков Поражает мозг и нервную систему, вызывает анемию Медь, Cu 2+ Из медных труб, иногда из промышленных стоков Вызывает рвоту Алюминий Al 3+ Через обработку воды и алюминиевую посуду Может вызвать болезнь Альцгеймера (потеря памяти Примеси, содержащиеся в воде Ртуть, Hg (органические Сточные воды соединения) Поражает нервную систему Нитраты, NO 3 Из удобрений Вызывают "синдром синюшного младенца" (редкое за 6 оле-вание крови у младенцев, может вызвать рак Фосфаты, РО 43 - Из удобрений и моющих средств Способствуют росту водорослей в водоемах Пестициды Следствие борьбы с вредителями Могут вызвать рак сельского хозяйства Кишечные бактерии Из канализации Вызывают расстройство желудка
Проблемы недостатка воды • рост народонаселения, интенсивные потребности. • сокращение водоносности рек (вырубка лесов, распашка лугов). • загрязнение водоёмов сточными водами (промышленными и бытовыми).
• В современных условиях сильно увеличиваются потребности человека в воде на коммунально бытовые нужды. • Объем потребляемой воды для этих целей зависит от региона и уровня жизни, составлял от 3 до 700 л на одного человека, • В Москве, например, на каждого жителя приходится около 650 л, что является одним из самых высоких показателей в мире. • В древнем Риме на душу населения несколько литров в сутки, в среднем 300 л. • Гомель – 200 л.
Меры направленные на предупреждение загрязнение • • Замкнутые циклы водопользования Оборотное водоснабжение Новые методы очистки стоков Биологическая очистка вод и пути её интенсификации
• Механическая очистка: удаление нерастворимых примесей (решетки, сита, жироловки) 60 %. В отстойниках происходит оседание тяжёлых частиц. • Химическая: – добавка реагентов 95% • Биологическая: – земельные поля орошения или фильтрации (80 см). Биологические пруды – уклон – серия 5 6.
Рациональное использование питьевой H 2 O • Сокращение подачи её на технологические заводы • Сокращение утечек в водопроводные сети • Совершенствование учёта потребления H 2 O • Планирование водопотребления