Экология водных биосистем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Основные разделы экологии

2. Основные типы водных экосистем. Группы водных организмов

3. Приспособленность организмов к среде обитания. Типы адаптаций

4. Виды антропогенного загрязнения водоемов

Список использованных источников

1. Основные разделы экологии

Основные разделы современной экологии: общая (теоретическая) экология, биоэкология, геоэкология, экология человека и социальная экология, прикладная экология.

Каждый раздел имеет свои подразделы и связи с другими частями экологии и смежными науками.

Общая экология посвящена объединению разнообразных экологических знаний на едином научном фундаменте. Ее ядром является теоретическая экология, которая устанавливает общие закономерности функционирования экологических систем. Многие природные экологические процессы происходят очень медленно и обусловлены множеством факторов. Для изучения их механизмов недостаточно одних натурных наблюдений, нужен эксперимент. Экспериментальная экология обеспечивает методическим инструментарием различные разделы науки. Но возможности эксперимента в экологии ограниченны. Поэтому широко применяется моделирование, в частности математическое. Вместе с обработкой информации и количественным анализом фактического материала оно входит в раздел теоретической экологии, который называют математической экологией.

Биоэкология - "классическая" экология, сформировавшаяся в рамках биологии, представляет собой достаточно цельную область естествознания. Она посвящена взаимодействиям со средой надорганизменных биологических систем всех уровней.

В ней выделяются:

экология отдельных особей как представителей определенного вида организмов - аутоэкология;

экология генетически однородных групп организмов одного вида, имеющих общее место обитания, - популяционная экология;

экология многовидовых сообществ, биоценозов - синэкология;

учение об экологических системах - биогеоценология.

Другой принцип деления относится к таксономическим группам организмов - царствам бактерий, грибов, растений, животных и к более мелким систематическим категориям: типам, классам, отрядам. Например, экология водорослей, экология насекомых, экология птиц, экология китов и т.п. Еще один раздел составляет эволюционная экология - учение о роли экологических факторов в эволюции. Именно в биоэкологии на основе изучения роли потоков веществ, энергии и информации в жизнедеятельности организмов формируется представление об экологии как об экономике природы.

Подразделение производится также по типу среды обитания - наземной (суши), почвенной, пресноводной, морской; по принадлежности сообществ организмов к разным природно-климатическим зонам (экология тундры, тайги, степей, пустынь, гор, тропических лесов) и типам ландшафтов (экология речных долин, морских берегов, болот, островов, коралловых рифов и т.п.). Эту совокупность приложений иногда называют географической экологией, или геоэкологией.

На стыке биоэкологии и геохимии Земли на основе изучения роли живых организмов в планетарной трансформации солнечной энергии и в круговороте химических элементов возникло учение о биосфере - глобальной экологической системе. Современная глобалистика существенно расширила горизонты экологии и усилила ее проблемную направленность.

В сумму экологических знаний несколько отдельно от традиционной биоэкологии входит экология человека - комплекс дисциплин, исследующих взаимодействие человека как индивида (биологической особи) и личности (социального субъекта) с окружающей его природной и преобразованной самим человеком средой. Важной особенностью экологии человека является социобиологический подход - правильное уравновешивание биологических и социальных аспектов.

Социальная экология как часть экологии человека - это объединение научных отраслей, изучающих связь общественных структур (начиная с семьи и других малых общественных групп) с природной и социальной средой их окружения. К этому объединению относятся экология народонаселения - экологическая демография и экология человеческих популяций. При этом рассматривается как влияние среды на общество, так и воздействие общества на среду.

Прикладная экология - большой комплекс дисциплин, связанных с различными областями человеческой деятельности и взаимоотношений между человеческим обществом и природой. Она формирует экологические критерии экономики, исследует механизмы антропогенных воздействий на природу и окружающую человека среду, следит за ее качеством, обосновывает нормативы неистощительного использования природных ресурсов, осуществляет экологическую регламентацию хозяйственной деятельности, контролирует экологическое соответствие различных планов и проектов, разрабатывает технические средства охраны окружающей среды и восстановления нарушенных человеком природных систем. Выделяются следующие разделы прикладной экологии: инженерная, сельскохозяйственная, биоресурсная и промысловая, коммунальная, медицинская. экология водная адаптация загрязнение

Инженерная экология - сравнительно новое направление экологической науки, изучающая взаимодействия техники и природы, закономерности формирования региональных и локальных природно-технических систем и способы управления ими в целях защиты природной среды и обеспечения экологической безопасности. Инженерная экология призвана обеспечить соответствие техники и технологии промышленных объектов экологическим требованиям. В ее сферу входит комплекс взаимосвязанных задач:

регламентация экологически безопасного производственного освоения территорий, размещения и строительства хозяйственных объектов;

оптимизация отраслевой структуры производства;

определение допустимой техногенной нагрузки на территории, контроль и регламентация материально-энергетических потоков производства и техногенных эмиссии (т.е. испускания, выброса побочных продуктов) от различных инженерных объектов;

экологизация производства, создание ресурсосберегающих и малоотходных технологий, экологически чистых материалов и продуктов производства;

экологическая безопасность территориальных промышленных комплексов, производственных процессов, сооружений, машин и изделий;

инженерно-экологическое обеспечение производства, разработка методов инженерно-экологической профилактики, восстановления и реконструкции ландшафтов.

Центральное место в сфере инженерной экологии занимает промышленная экология - область прикладной экологии, которая изучает воздействия промышленности на природу, окружающую человека среду, разрабатывает средства регламентации этих воздействий и защиты от них окружающей среды. С промышленной экологией тесно связаны экологические аспекты энергетики, транспорта, строительства, горного дела и т.п. Инженерной экологии приходится также иметь дело с влиянием экологических факторов и различных живых организмов на инженерные объекты.

Сельскохозяйственная экология в своей значительной части сливается с биологическими основами земледелия (агроэкология) и животноводства (экология сельскохозяйственных животных). Экосистемный подход обогащает агробиологию принципами и средствами рациональной эксплуатации земельных ресурсов, повышения продуктивности и получения экологически чистой продукции.

Биоресурсная и промысловая экология изучает условия, при которых эксплуатация биологических ресурсов природных экосистем (лесов, континентальных водоемов, морей, океана) не приводит к их истощению и нарушению, утрате видов, уменьшению биологического разнообразия. В задачи этой дисциплины входят также разработка методов восстановления и обогащения биоресурсов, научное обоснование интродукции и акклиматизации растений и животных, создания заповедников.

Экология поселений, коммунальная экология - разделы прикладной экологии, посвященные особенностям и влияниям различных факторов искусственно преобразованной среды обитания людей в жилищах, населенных пунктах, в городах (урбоэкология).

Медицинская экология - область изучения экологических условий возникновения, распространения и развития болезней человека, в том числе острых и хронических заболеваний, обусловленных природными факторами и неблагоприятными техногенными воздействиями среды. Медицинская экология включает в качестве раздела рекреационную экологию, т.е. экологию отдыха и оздоровления людей, смыкающуюся с курортологией.

Из этого перечня видно, что экологизации подверглись многие науки и сферы практической деятельности. В их пограничных зонах возникают новые дисциплины. Геоэкология тесно взаимодействует с биогеографией - наукой о географическом распределении живых организмов; многие разделы этих дисциплин накладываются друг на друга. Это же можно сказать и об экологии человека, с одной стороны, и социологии, антропологии, с другой.

Еще теснее переплетаются с родственными дисциплинами ветви прикладной экологии. Ее экономические аспекты изучаются быстро развивающейся экономикой природопользования. Уже упомянута сопряженность сельскохозяйственной экологии с агробиологией. Экология города имеет много общего с коммунальной гигиеной. Медицинская экология в большой мере опирается на токсикологию, патологию и эпидемиологию. Большинство требований промышленной экологии совпадает с нормами безопасности и культуры производства, гигиены труда и производственной санитарии, эргономики и безопасности жизнедеятельности.

Все это отнюдь не свидетельствует о размывании предмета экологии. Напротив, происходит интеграция знаний: в пограничных областях происходит взаимное обогащение наук. Размах экологизации указывает на то, что экология претендует на лидирующее положение в современной науке и способствует синтезу фундаментальных знаний о природе и обществе. По выражению Н.Ф. Реймерса экология "выросла из коротких штанишек, надетых на нее Э. Геккелем, но еще не удостоилась нового костюма" - научного признания, соответствующего ее общественной значимости. Формирование фундаментальных теоретических основ экологии находится еще в самом начале. Приведенный выше перечень показывает, что по системной совокупности объектов "большая экология" - это одна из самых сложных синтетических наук, требующая универсальной подготовки и глубоких профессиональных знаний.

2. Основные типы водных экосистем. Группы водных организмов

Лимитирующие факторы водных экосистем:

1. Соленость - содержание растворимых солей, главным образом хлорида натрия, в водной массе;

2. Глубина проникновения солнечных лучей;

3. Количество кислорода;

4. Доступность питательных элементов;

5. Температура воды.

По степени солености вод водные экосистемы подразделяются на два больших класса.

- солоноводные (морские);

- Пресноводные океаны;

- озера, водохранилища;

- устья рек (эстуарии);

- пруды;

- прибрежные болота;

- болота;

- коралловые рифы;

- реки и ручьи (водотоки).

Основные зоны океана. В любом из океанов земного шара можно выделить две основные зоны: прибрежную и открытый океан.

Прибрежная зона - это относительно теплые, богатые питательными веществами мелководья, протягивающиеся от линии прилива на суше до края подводного продолжения континента, которое именуется континентальным шельфом. В прибрежной зоне, занимающей менее 10 % общей площади океана, сосредоточено 90 % биомассы и животных.

От открытого океана прибрежную зону отделяет область резкого увеличения глубин у края континентального шельфа. Открытый океан занимает около 90 % общей площади океана, но на него приходится лишь около 10 % биомассы океанических растений и животных.

В пределах открытого океана выделяются три зоны, основным различием которых является глубина проникновения солнечных лучей.

Прибрежная зона. Прибрежная зона включает несколько различных местообитаний.

Эстуарии - это прибрежные области, где пресные воды рек, ручьев и поверхностного стока смешиваются с солеными морскими водами.

Заболоченные территории - участки суши, затопляемые пресными или солеными водами в течение всего года или большую его часть. Если они простираются от эстуария в глубь суши и круглый год или большую его часть затоплены солеными водами, то это прибрежные заболоченные территории.

В прибрежных зонах океана в тропических и субтропических широтах, где температура воды превышает 20°С, часто встречаются коралловые рифы.

Пресноводные озера и водохранилища. Озера - это обширные пресноводные естественные водоемы, образующиеся при заполнении впадин земной поверхности водами осадков, поверхностного или подземного стока.

По содержанию питательных веществ озера подразделяются на три группы.

- олиготрофные - озера с небольшим содержанием питательных веществ, главным образом нитратов и фосфатов;

- эвтрофные - озера с высоким и избыточно высоким содержанием питательных веществ;

- мезотрофные - озера, занимающие промежуточное положение по содержанию питательных веществ.

Эвтрофикация - это изменение физических, химических и биологических свойств озера при долговременном поступлении питательных веществ с прилегающих территорий за счет процессов естественной эрозии и стока.

Водохранилища - обычно обширные и глубокие искусственные пресноводные водоемы.

Водохранилища сооружаются, прежде всего, для регулирования стока.

Пресноводные водотоки и реки. Та часть осадков, которая не просачивается в почву и не испаряется, остается на поверхности земли, образуя поверхностные воды. Территория, с которой вода, насосы и растворенные вещества выносятся с водотоками в главную реку и затем в море, называется водоразделом, или водосборным бассейном.

Экологические группы гидробионтов. Толща воды заселена организмами, которые обладают способностью плавать или удерживаться в определенных слоях. В связи с этим, водные организмы подразделяются на группы.

Нектон - это совокупность пелагических активно передвигающихся животных, не имеющих непосредственной связи с дном. Это главным образом крупные животные, которые способны преодолевать большие расстояния и сильные течения воды. Они имеют обтекаемую форму тела и хорошо развитые органы движения. К типичным нектонным организмам относятся рыбы, кальмары, киты, ластоногие. К нектону в пресных водах кроме рыб относятся земноводные и активно перемещающиеся насекомые.

Планктон - это совокупность пелагических организмов, которые не обладают способностью к быстрым активным передвижениям. Как правило, это мелкие животные - зоопланктон и растения - фитопланктон, которые не могут противостоять течениям. В состав планктона включают и "парящие" в толще воды личинки многих животных.

Плейстон - организмы, которые пассивно плавают на поверхности воды или ведут полупогруженный образ жизни получили название. Часто они используют как опору пленку поверхностного натяжения или образуют воздушные полости и другие поплавки. Типичными плейстонными животными являются сифонофоры, некоторые моллюски и др. Из растительных организмов к плейстону относятся саргассовые водоросли, ряски.

Бентос - это совокупность организмов, обитающих на дне (на грунте и в грунте) водоемов. Он подразделяется на зообентос и фитобентос. Большей частью представлен прикрепленными, или медленно передвигающимися, или роющими в грунте животными. На мелководье он состоит из организмов, синтезирующих органическое вещество (продуценты), потребляющих его (консументы) и разрушающих (редуценты). На глубинах, где нет света, фитобентос (продуценты) отсутствует. В морском зообентосе доминируют фораминифоры, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие, моллюски, асцидии, рыбы и др. Более многочисленны бентосные формы на мелководьях. Их общая биомасса здесь может достигать десятков килограммов на 1 м².

Нейстон - сообщество организмов, обитающих у поверхностной пленки воды. Организмы, обитающие сверху поверхностной пленки - эпинейстон, снизу - гипонейстон. К нейстону относят также обитателей верхнего пятисантиметрового слоя воды. Нейстон составляют некоторые простейшие, одноклеточные водоросли, мелкие легочные моллюски, водомерки, вертячки, личинки комаров и др.

Перифитон. Обрастатели, совокупность организмов, которые поселяются на подводных предметах или растениях и образуют так называемые обрастания на природных или искусственных твердых поверхностях - камнях, скалах, подводных частях судов, сваях, гидротехнических сооружениях (водоросли, усоногие раки, моллюски, мшанки, губки и др.).

3. Приспособленность организмов к среде обитания. Типы адаптаций

Приспособленность - соответствие признаков организма (внутреннего и внешнего строения, физиологических процессов, поведения) среде обитания, позволяющее выжить и дать потомство. Например, водные животные имеют обтекаемую форму тела; лягушку делает незаметной на фоне растений зеленая окраска спины; ярусное расположение растений в биогеоценозе дает возможность эффективно использовать солнечную энергию для фотосинтеза. Приспособленность помогает выжить организмам в тех условиях, в которых она сформировалась под влиянием движущих сил эволюции. Но и в этих условиях она относительна. Белая куропатка в солнечный день выдает себя тенью. Заяц-беляк, незаметный на снегу, хорошо виден на фоне темных стволов.

Видообразование, их микроэволюция - начальный этап эволюции органического мира, заключающийся в появлении новых видов на основе существовавших ранее.

Географическое (аллопатрическое) видообразование происходит в результате расширения ареала исходного вида или расчленения его ареала на изолированные части естественными преградами (гора, реки и т.д.). В этом случае популяции встречаются с новыми условиями среды и сообществами организмов. На популяцию в - природе действует мутационный процесс, происходят колебания численности особей, действует естественный отбор. Со временем генный состав популяции изменяется, она приобретает отличия от других популяций этого же вида.

Экологическое видообразование относится к симпатрическому происходит в тех случаях, когда популяции одного вида остаются в пределах своего ареала, но условия обитания у них оказываются различными. Под влиянием движущих сил эволюции изменяется их генный состав. Через ряд поколений в результате различий генофондов возникает биологическая изоляция. Например, один вид традесканции сформировался на скалистых вершинах, другой - в тенистых лесах; сезонные расы погремка большого дают семена до скашивания, либо после него и, обитая на одной территории, не имеют возможности скрещиваться; популяции форели в озере Севан различаются по срокам нереста.

Особенностью экологического видообразования является то, что оно приводит к образованию новых видов, морфологически близких к исходному виду.

Сходство видообразований: происходят под действием движущих сил эволюции. Различия: причины расхождения признаков у популяций различны: географическое видообразование связано с расширением ареала и возникновением изолированных популяций, а экологическое с заселением особями одного вида разных экологических ниш в пределах одного ареала.

Эволюция как исторический процесс имеет два направления; прогресс и регресс. Биологический прогресс - это результат успеха в борьбе за существование, показатель приспособленности вида, рода, класса. Его признаки: высокая численность, широкий ареал и увеличение числа систематических групп.

Биологический регресс - отсутствие необходимого уровня приспособленности, приводящее к уменьшению численности, сужению ареала, снижению числа соподчиненных систематических групп. Биологический регресс может привести к вымиранию. Например, на грани вымирания находятся уссурийский тигр, соболь. Причина регресса: отставание в темпах эволюции группы от скорости изменения внешней среды. Деятельность человека часто приводит к сокращению численности популяций многих видов.

Ароморфоз - это изменения в организме, повышающие общий уровень организации и жизнедеятельности особей, способствующие переходу в новую среду обитания. Ароморфоз - это основное направление эволюции, которое приводит к образованию новых систематических групп - классов, типов, отрядов. Приобретенные ароморфозы всегда сохраняются у организмов в ходе эволюции и ведут к постепенному усложнению строения организмов.

Идиоадаптация - направление эволюции, в основе которого лежат изменения в организме, способствующие приспособлению к конкретным условиям окружающей среды и не повышающие общего уровня организации особей. Примером идиоадаптаций могут служить покровительственная, маскирующая или предупреждающая окраска, поведение во время размножения, мечение территории, совместная защита от врагов.

Все адаптации делят на аккомодации и эволюционные адаптации. Аккомодации представляют собой обратимый процесс. Они возникают при резком изменении условий среды. Например, при переселении животные попадают в новую для них обстановку, но постепенно привыкают к ней. Например, человек, переселившийся из средней полосы в тропики, некоторое время испытывает дискомфорт, но со временем привыкает к новым условиям. Эволюционная адаптация необратима и возникшие изменения генетически закрепляются. Сюда относят все приспособления, на которые действует естественный отбор.

Приспособления также делят на организменные и видовые. Организменные адаптации в свою очередь подразделяются на морфологические, физиологические, биохимические и этологические.

Морфологические адаптации проявляются в преимуществах строения, покровительственной окраске, предостерегающей окраске, мимикрии, маскировке, приспособительном поведении.

Физиологические адаптации - приобретение специфических особенностей обмена веществ в разных условиях среды. Они обеспечивают функциональные преимущества организма. Их условно разделяют на статические (постоянные физиологические параметры - температура, водно-солевой баланс, концентрация сахара и т. п.) и динамические (адаптации к колебаниям действия фактора - изменение температуры, влажности, освещенности, магнитного поля и т. п.).

Биохимические адаптации обеспечивают оптимальное течение биохимических реакций в клетке, например, упорядочение ферментативного катализа, специфическое связывание газов дыхательными пигментами, синтез нужных веществ в определенных условиях и т. п.

Этологические адаптации представляют собой все поведенческие реакции, направленные на выживание отдельных особей и, следовательно, вида в целом. Такими реакциями являются:

- поведение при поиске пищи и полового партнера,

- спаривание,

- выкармливание потомства,

- избегание опасности и защита жизни в случае угрозы,

- агрессия и угрожающие позы,

- незлобивость и многие другие.

4. Виды антропогенного загрязнения водоемов

Вода - один из самых ценных природных ресурсов, вода играет главную роль в процессах обмена веществ, которые составляют основу жизни. Невозможно оценить значение воды для промышленного и сельскохозяйственного производства. Роль воды в бытовых потребностях человека так же не поддается оценке. Для огромного количества живых существ вода является домом и средой обитания.

Рост городов, интенсификация сельского хозяйства и промышленности остро ставят перед человечеством проблему обеспечения водой. Дефицит пресной питьевой воды уже стал проблемой мирового масштаба.

На современном этапе определяются такие направления рационального использования водных ресурсов как: более полное использование и расширенное воспроизводство ресурсов пресных вод; разработка новых технологических процессов, позволяющих, предотвратить загрязнение водоемов и свести к минимуму потребление свежей воды, кратко - очистка сточных вод.

Загрязнение водных ресурсов - это любые изменения свойств воды: физических, химических и биологических. Это может быть связано со сбросом в водоем жидких, твердых и газообразных веществ, причиняющих ущерб хозяйству и здоровью, и безопасности населения.

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.

Главными источниками загрязнения водоемов являются недостаточно очищенные сточные воды промышленных и коммунальных предприятий, крупных животноводческих комплексов, отходы производства при разработке рудных ископаемых; воды шахт, рудников; сбросы водного и железнодорожного транспорта и т.д.

Попадая в воду, загрязняющие вещества изменяют физические свойства воды, эти изменения выражаются в частности, в появлении неприятных запахов, привкусов, в изменении химического состава воды, появление в ней вредных веществ, в наличии плавающих веществ на поверхности воды и откладывании их на дне водоемов.

На современном этапе развития технологий, существует возможность до минимума снизить вредное воздействие деятельности человека на водные ресурсы планеты, ключ к этому - очистка сточных вод.

Список использованных источников

1. Акимова Т.В. Экология. Учебник для студентов вузов/ Т.А. Акимова, В.В. Хаскин; 2-е изд., перераб. и дополн. - М.: ЮНИТИ, 2009.

2. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр "Академия", 2006.

3. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М.: Агар, 2006.

4. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. -6-е изд., доп. И перераб. - Ростон н/Д: Феникс, 2007.

Размещено на Allbest.ru