< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Водні екосистеми

Цікаву думку з приводу різниці між водними й наземними екосистемами висловив Р.Ріклефса (1979). Він уважає, що може не слід виділяти як дві головні категорії водне й наземне середовище, оскільки океан мас тверде дно, а наземне середовище занурене в повітряному океані. Щоби в повному обсязі оцінити різницю між водним і наземним середовищами, треба порівнювати властивості води і повітря, а не води й суші (с. 30). І в цьому є рація, адже форму, розміри та функції водних організмів повністю визначають такі властивості води, як щільність (вона приблизно у 800 разів більша від щільності повітря) і здатність розчиняти гази та мінеральні речовини. Для більшості живих істот у воді знаходиться все, що необхідне для їх існування.

Натомість наземне життя приурочене до верхнього шару суші й прилеглого до нього шару атмосфери, з яких живі організми одержують різні поживні елементи: з ґрунту - мінеральні речовини й воду, з повітря - кисень і двоокис вуглецю. Окрім того, що вода підтримує в своєму середовищі живі істоти, вони мають безліч різноманітних структур (плавальні міхурі, заповнені газами, які наближають питому масу тіла до питомої маси води, невеликі пухирці, заповнені повітрям, або крапельки олії в клітинах, з питомою масою, меншою від питомої маси води), що захищає від занурювання та осідання на дно. Вода має значно більшу виштовхувальну силу, ніж повітря, тому сила земного тяжіння на суші істотніше обмежує розміри живих організмів, ніж у воді (маса великих слонів становить 7 т, а китів - 100 т). Скелети наземних хребетних, хітинові покриття комах, тверді целюлозні стінки рослинних клітин несуть опорну функцію. У водних організмах жорсткі структури служать для захисту або прикріплення м'язів, а не для піднімання маси тіла.

Крім цього, водне середовище характеризується значною постійністю фізичних і хімічних показників (температура, солоність, лужність, рухливість, висока теплопровідність), а також здатністю до розширення перед замерзанням, що сприяє утворенню льоду на водній поверхні та створенню сприятливих умов для перезимовування водних організмів у зонах з холодним кліматом. Для гідробіонтів важливими екологічними чинниками є температура води, кількість розчиненого в ній кисню, а також розчинених і завислих мінеральних та органічних речовин. Для аеробіотів такими чинниками є вологість і температура повітря та ґрунту і вміст в останньому елементів мінеральною живлення.

Житія у водному середовищі - багатше і різноманітніше, ніж у наземному. У ньому представлені всі типи тваринного світу, на сушу поширилися лише деякі з них, а масово заселили її лише членистоногі та хребетні. Загалом же трофічний ланцюг у водних (океанічних) екосистемах починається з дрібного фітопланктону і закінчується величезними гетеротрофними організмами, тобто в них переважає тваринне життя. В наземних екосистемах домінує життя рослинне (Константинов, 1986; Одум, 1986; Номоконов, 1989).

У слід за Б.Г.Йоганзеном (1979) і Ф.Д.Мордухасм-Болтовськпм (1975), Л.1.Номоконов поділяє гідробіонтів (залежно від того, яке місце вони займають у водному середовищі) на такі екологічні групи:

Пелагос - населення товщі води (пелагіалі).

Нейстон - мешканці поверхневої плівки води, що бігають і плавають.

Планктон - завислі у воді “пасивні плавці, які рухаються разом з водою.

Нектон - активні плавці.

Бентос - населення дна водойми (бенталі).

Епібентос - прикріплені до дна мешканці водойм, або лежать на ньому.

Інбентос - внутрішньо ґрунтові організми - живуть у товщі донних відкладів.

Проміжна група гідробіонтів.

Планктобентос - планктон придонного шару води.

Нектобентос - нектон природонного шару води.

Особливі групи гідробіонтів.

Епібіоз (перифітон) - група організмів “обростання твердих субстратів (скель, кораблів тощо).

Фітофільні гідро біонти - мешканці прибережних заростей вищих водних рослин.

Проте, наскільки подібними за середовищем і його населенням не були б водойми Землі, вони належать до двох різко відмінних категорій - внутрішньоконтинентальних прісноводних та океанічних (Світовий океан з усіма, пов'язаними з ним морями). В екосистемологічному - структурному, системному й функціональному аспектах та, особливо, за показниками міжекосистемних зв'язків континентальні гідро екосистеми є всі підстави розглядати як структурні блоки (підсистеми) материкових топологічних (за Сочавою, 1978) таксонів (геохор). Типологічне їх поєднання за ознакою водного середовища з океанічними екосистемами нам видасться формальним.

Прісноводні екосистеми Ю.Одум (1986) поділяє на три групи: І) стоячі води або лентичні екосистеми - озера і ставки; 2) прогінні води або дотичні екосистеми - джерела, потічки і ріки; 3) заболочені ділянки з коливанням рівня води за сезонами і роками - марші й болота. Проте, з виділенням третьої групи екосистем не можна погодитися. Вони належать до наземного типу скоситем і вкриті певним типом рослинності (чорновільхові чи соснові заболочені ліси, осокові, очеретові чи верхові болота тощо). Марші - це також сухопутні ділянки на узбережжях морів, які лише в період високих приливів затоплюються водою. Місцями вони захищені від затоплення дамбами. За гідрохімічним і гідробіологічним режимами від перших двох груп відрізняються штучні водойми - штучні водні екосистеми, які, залежно від виробничих потреб, можуть працювати в стаціонарному, або змінному - то протічному, то стоячому режимі. Прісноводні екосистеми займають незначні площі, але відіграють особливо важливу роль як у функціонуванні наземних екосистем, так і в житті суспільства. Як пише Ю.Одум, усі без винятку великі міста світу розташовані на ріках, озерах або лиманах, які служать безплатними колекторами. Водні екосистеми, передовсім ріки, мають здатність до самоочищування, тому сотнями років їх біота виконувала санаційну функцію, і забруднення не досягало критичних меж. Ще на початку XIX ст. населення більшості міст Європи використовувало питну воду безпосередньо з таких рік, як Рейн, Темза, Дніпро чи Сена. До кінця цього сторіччя очищення їх вод від забруднення стало складною, дуже важливою і коштовною справою. За даними Ф.Рамада (1981), середньодобовий розхід Сени становить 4-106 куб.м, і щоденно до неї потрапляє 1,4-106 куб.м міських і промислових стічних вод. Це означає, що під час літньої межені річкова вода перетворюється в розведені брудні стоки. У 1971р. лише 20% міських побутових і стічних вод Франції проходило через очисні споруди. На її території понад 5000 км рік були постійно брудними. Рейн забруднюють всі держави, через територію яких він протікає. Із сольових шахт в Ельзасі щодоби до нього скидалося до 20 тис. тонн кухонної солі у вигляді концентрованого розсолу, або понад 7 млн.т солі протягом року.

Катастрофічно забруднене східне побережжя США. Великі озера, зокрема Ері та Онтаріо забруднені настільки, що, за умови категоричної заборони скидання до них рідких відходів, на їх самоочищення потрібно 500 років. У 70-х роках до озера Ері щорічно потрапляло 36 млн.т твердих речовий, 4 млн.т хлоридів, 27 тис.т фосфору, 160 тис.т азотних продуктів. Води Ніагари та інших менших рік до озера Онтаріо щороку приносять 47 млн.т завислих твердих решток, 6 млн.т хлоридів, 12 тис.т фосфору, 146 тис.т азотних продуктів.

Цікаві показники про стан водних екосистем України містять “Національні доповіді про стан навколишнього природного середовища в Україні за 1991-1994 роки.

Основним джерелом водопостачання в Україні є р. Дніпро. Забір з неї перевищує 60% від загальної кількості води, що використовується з річок і морів у державі. Забір з р. Сіверський Донець становить 13,1, а з Дунаю - 7,7%. Але величина скидання забруднювальних речовин у Дніпро і Сіверський Донець с майже однаковою, вона становить відповідно 1062 і 887 тис.т. У Дніпро потрапляє 7778, а в Сіверським Донець 2043 млн.куб.м стоків. Загалом у поверхневі водні об'єкти у 1994 році скинуто 15 млрд.куб.м стічних вод, з них понад 1 млрд.куб.м - без очистки. Найбільшу кількість забруднювальних речовин - 35% від загальної кількості скинуто в Донецькій області, майже по 15% - в Луганській області та Автономній Республіці Крим, 9% - у Дніпропетровській області. Понад 22% від загальної кількості рідких забруднювальних речовин в Україні потрапляє в Дніпро, майже 19% - у р.Сіверський Донець, більше 4% - безпосередньо у Чорне море.

Дефіцит, поступова втрата й швидке забруднення джерел чистої води є глобальною проблемою. Як відзначається в матеріалах Міжнародної конференції в Ріо-де-Жанейро, головними причинами цих явищ є незадовільне очищування стічних вод і промислових відходів, втрата природних площ, знищення лісових масивів, неправильні методи ведення сільського господарства, які спричиняють значний змив до водойм отрутохімікатів і мінеральних добрив тощо. В країнах, що розвиваються, кожен третій житель потерпає від нестатку питної води і неналежних санітарних умов (рис.5.6). Тут приблизно 80% усіх хвороб і третина смертельних випадків зумовлені вживанням забрудненої води.

Ріки і потоки, особливо в верхніх частинах зі стрімкою течією - несприятливі для існування рослинних і тваринних організмів. У них переважають специфічні життєві форми, які за допомогою присосок, гачковидних придатків, клейкої поверхні прикріплюються до твердих поверхонь і не змиваються водою (Одум, 1986; Номоконов, 1989). Тут обмежена кількість видів риб, раків, молюсків, личинок волохокрильців. Із птахів трапляється переважно оляпка. У нижній, спокійній течії рік тваринне населення і рослинне вкриття за видовим складом наближається до біоти стоячих вод.

Дуже своєрідне мікробне населення різних типів континентальних вод. У них масово поширені планктонні зелені, діатомові, десмідієві, синьозелені та інші групи водоростей - основні продуценти органічної речовини, яка є трофічною базою для зоопланктону. Дуже багата бактеріальна флора і фауна безхребетних. У штучних водоймах вона формується під впливом рослинного, тваринного і мікробного світу річок, стариць, озерець і болотець в заплавах. У літній період трапляються спалахи синьо зелених водоростей, які зумовлюють так зване “цвітіння" води. Повільніше, порівняно з планктоном, формується тваринне населення бентосу. Його структура часто змінюється в процесі заповнювання водою водосховищ і формування дна. Наприкінці цього процесу бентос

Забезпечення населення планети чистою водою (за

Рис. 5.6. Забезпечення населення планети чистою водою (за "Програмою дій 1993"): А - міське населення,Б - сільське населення, 1 - має доступ до чистої води,2 - не має доступу до чистої води.

набуває звичайного для кожної природної зони видового складу з домінуванням гамерид, осликів, п'явок і характеризується низькою продуктивністю.

Формування прибережних заростей вищої водної рослинності та іхтіофауни залежить від коливання рівня води у водосховищі, його величини і взаємодії між водною масою і берегами. Уздовж берегів переважно поширюються угруповання бур'янів, а в воді панують малоцінні види риб (Номоконов, 1989).

 Головні океанічні течії (за A. Gore, 1992). Чорні стрілки - поверхневі теплі течії, штрихові стрілки - глибокі холодні течії.

Рис. 5.7. Головні океанічні течії (за A. Gore, 1992). Чорні стрілки - поверхневі теплі течії, штрихові стрілки - глибокі холодні течії.

Найцікавішими рисами морських екосистем Ю.Одум (1986) рахує те, що вони займають 70% поверхні Землі, характеризуються величезною глибиною і заселені живими істотами на всіх глибинах, а також є безперервними, неподільними на ізольовані масиви так, як суша і прісноводні екосистеми. Основними перешкодами для вільного пересування морських організмів є температура, сольність і глибина.

Для Світового океану властива постійна циркуляція води, зумовлена спільною дією вітрів (пасатів) та обертання Землі. Характерними є екваторіальні течії, а також прибережні, спрямовані на північ і південь (наприклад, Гольфстрім, Північноатлантична, Каліфорнійська; рис.5.7). Поряд з поверхневими є також глибинні течії, внаслідок чого перемішування води настільки ефективне, що в морських екосистемах значно рідше відчувається дефіцит кисню, ніж у прісноводних. Крім цього, моря постійно вкриті різного виду хвилями, знаходяться під впливом приливів і відливів, спричинених притяганням Місяця і Сонця, які є важливим чинником високої продуктивності і великого видового різноманіття естуарних і прибережних екосистем.

Солоність води загалом є досить постійною і становить 3,5% (35 частин на тисячу). 2,7% з цієї кількості займає хлористий натрій, а решту - головним чином, солі магнію, кальцію і калію. У зв'язку з тим, що сили електролітичної дисоціації катіонів більші від цих сил аніонів, морська вода має лужну реакцію (в нормі – р Н = 8,2). Вона переважно бідна на життєво важливі елементи живлення, а концентрація біогенних йонів настільки низька, що перешкоджає формуванню первинної продуктивності.

Морські екосистеми мають складну просторову структуру. В прибережній смузі виділяється літоральна зона, яка відмежовується рівнями високої і низької води під час приливів-відливів. За нею знаходиться неритична зона - мілководна зона континентального шельфу, після якого дно стрімко обривається вниз, утворюючи континентальний схил, який поступово переходить у глибоку вирівняну абісальну зону чи власне океанічну область. За показниками кількості пониклого світла водна товща розділяється на дві горизонтальні зони - евфотичну, пронизану променями світла (в прозорих водах - до глибини 100-200 м), завдяки чому в ній мають можливість існувати продуценти, та афотичну (темну), в котрій не вистачає світла для фотосинтезу, тому в ній живуть лише гетеротрофні організми (рис.5.8).

 Горизонтальна і вертикальна зональність у морі (за Одумом, 1986).

Рис. 5.8. Горизонтальна і вертикальна зональність у морі (за Одумом, 1986).

Найпродуктивнішими серед морських екосистем є естуарії (широкі гирла рік, в які під час приливу потрапляє морська вода), лимани (напівзакриті розширені гирла рік, вільно з'єднані з морем) та області апвелінгів (місця, в яких вітри відганяють від стрімкого берега теплі поверхневі води, а на їх місце піднімаються холодні, багаті на біогенні елементи). Продуктивність естуаріїв і лиманів зумовлена послабленням солоності води, надходженням додаткових поживних речовин як із прісною водою з материка, так із соленою водою з шельфу під час приливу, співіснуванням прісноводних і морських гідробіонтів, а також очищенням цих територій від відходів під час відливів. Апвелінгові області є найпродуктивнішими рибопромисловими зонами, оскільки сюди на харчування заходить велика кількість пелагічної риби, яка споживає підняті апвелінгом на поверхню осади органічних речовин і фосфатів. На їх продуктивність також впливають великі поселення морських птахів, які відкладають на берегах значну кількість багатого на нітрати, фосфати і мікрофлору гуано.

Найменш продуктивною є океанічна область (рис.5.9), оскільки в евфотичній зоні відкритого океану дуже низька концентрація біогенів. Порівняно з прибережними водами - це пустеля. Для виживання в цих важких трофічних умовах глибоководні риби мають різноманітні пристосування - величезні роти, які дають змогу захоплювати більшу за розмірами поживу, ніж сам хижак, фосфоресцентні органи для заманювання здобичі тощо.


 Зональність світового океану за показником продуктивності фітопланктону (за Одумом, 1986).

Рис. 5.9. Зональність світового океану за показником продуктивності фітопланктону (за Одумом, 1986).

Життя морських систем зосереджене біля берега - в шельфовій зоні. Вона багата на планктон і бентос, збагачена меропланктоном - личинками пелагічних донних організмів (крабів, молюсків, червів), на мілководдях - багаті зарості донної рослинності. У ній, або поблизу неї поширені майже всі промислові риби, а на нерест заходять майже всі риби океанічної області (Одум, 1975; 1986). Шельфова зона разом з літоральною, лиманами, естуаріями та анвелінговими областями належить до прибережних згущень життя, за В.І.Вернадським. На решті просторів Світового океану (окрім сарганових згущень) - життя розсіяне. У донній плівці абісалі воно в тисячі разів бідніше, ніж у планктонній плівці (Зенкевич, 1970). З розвитком цивілізації шельфова зона стає чимраз біднішою через надмірне виловлювання риби та інтенсивну заготівлю інших морських продуктів, а також забруднення. В середині XX ст. забруднення гідросфери переросло в глобальну проблему (Рамад, 1981). Основними джерелами забруднення є енергетичні та промислові підприємства, автомобільний транспорт, сільське господарство, комунальне господарство, нафтодобувна промисловість, танкерний транспорт нафти тощо.

Особливості забруднення водного середовища і деградації водних екосистем полягають у тому, що різноманітні тверді забруднювачі розчиняються у воді, або в завислому стані переносяться на величезні відстані від джерела забруднення, впливаючи на живі істоти всіх ступенів організації в прісноводних, прибережних і навіть пелагіаль них зонах. На відміну від атмосфери, в якій, незважаючи на рівні забруднення, вміст кисню, як правило, залишається незмінним, у воді його концентрація незначна і вона різко змінюється залежно від характеру і ступеня забруднення води, її температури і циркуляції. Поряд з цим, температура води є постійнішою, ніж повітря, через що водні організми є переважно стенотермними, а коливання температури водного середовища поза нормальні природні межі стає причиною деструкції водних біогеоценозів (Рамад, 1981; Константинов, 1986; Національна доповідь.., 1994). Специфіка забруднення морських екосистем полягає ще п у тому, що до них потрапляють шкідливі речовини, викинені в атмосферу наземними промисловими підприємствами. Вони осідають на водну поверхню, або вимиваються з атмосфери краплями дощової води. Проте, найбільше брудів потрапляє в море з річковим стоком. Він перевищує п-10і" т щорічно (Ковда, 1975). Найбільш розповсюдженими і шкідливими забруднювачами є свинець, ртуть, мідь, цинк, хром, нікель, кадмій, нітрати, фосфати, вуглеводні, пестициди і радіонукліди. Подальше забруднення морських екосистем отруйними, синтетичними хімічними речовинами, вуглеводнями, свинцем, ртуттю, нітратами і фосфатами загострюватиме низку складних екологічних проблем. Воно зумовить зубожіння їх біорізноманітності, зменшення продуктивності, порушення газообміну між гідросферою та атмосферою, водного іі теплового режимів біосфери.


Ріст населення земної кулі (за Gore, 1992).

Рис. 5.10. Ріст населення земної кулі (за Gore, 1992).

Чисельність людської популяції тривалий час практично не змінювалася. Поступове її збільшення було зумовлене землеробською революцією кілька тисяч років тому. Значне збільшення почалося під час промислової революції. У наш вік темпи приросту населення різко зросли. Що десять років воно збільшується на мільярд. На початку 1992 р. досягало 5,5 млрд, у 2032 р. може становити 9 млрд.

Таблиця 5.7.

Етапи антропогенної трансформації біосфери

Етап

Вік етапу

Характерні ріки

V

Космічний

початок 21 сторіччя

кінець

Розумне управління екологічними і соціально-економічним и процесам и

IV

50-ті роки

початок

Активне використання

Глобальний

20 сторіччя

21 сторіччя

ресурсі в та опустелення плівки життя, забруднення довкілля

III

кінець 18 ст.

50-ті роки

Інтенсивна перебудова

Океанічний

20 сторіччя

структури плівки життя, нищення природних і творення штучних екосистем забруднення гідросфери

II

2-4 тисячоліття |

кінець 18 ст.

Активний вплив на

Материковий

до н.е.

структуру популяцій рослин і тварин та на біогеоценотичний покрив суші

І

40-50 тис.

2-4 тисячоліття

Первісний вплив на

Ініціальний

років до н.е.

до н.е.

чисельність популяцій

рослин і тварин

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >