Российский государственный социальный университет
Филиал в г.Чебоксары
Экономический факультет
Специальность «Экология»
Курсовая работа
По дисциплине: «Учение о биосфере»
Пресноводные экосистемы
Выполнила:
Студент 4 курса
гр. ДЭ-1-07
Иванова Д.А.
Проверил:
к.б.н., доц. Карягин Ф.А.
Чебоксары 2010
Содержание
Введение
Глава 1.
- Общие понятия………………………………………………………6
1.1.
Экосистема и ее свойства …………………………………………...........6
1.2.
Структура экосистем ……………………………………………………8
1.3.
Особенности и факторы пресноводных местообитаний……………………………………….……………...........10
1.4.
Характеристика пресноводных экосистем……………………………..
Глава 2.
– Риск и устойчивое развитие общества…………………………..23
1.1.1.
Географическая изменчивость пресноводных экосистем…………23
1.1.2.
Биогеографическое районирование пресных вод мира ……………26
1.1.3.
Заключение
Введение
Вода — ценнейший природный ресурс. Она играет исключительно важную роль в процессах обмена веществ, составляющих основу жизни. Огромное значение вода имеет в промышленном и сельскохозяйственном производствах. Общеизвестна необходимость ее для бытовых потребностей. Вода входит в состав организма человека, всех растений и животных. Для многих живых существ она служит средой обитания.
Актуальность
заключается Запасы пресной воды на нашей планете далеко не безграничны. Дефицит чистой воды для многих районов земного шара стал насущной проблемой
Целью
данной работы является изучение
Глава 1. Общие понятия
1.1. Экосистема и ее свойства
Экологическая система (экосистема) — совокупность популяций различных видов растений, животных и микробов, взаимодействующих между собой и окружающей их средой таким образом, что эта совокупность сохраняется неопределённо долгое время. Примеры экологических систем : луг, лес, озеро, океан. Экосистемы существуют везде — в воде и на земле, в сухих и влажных районах, в холодных и жарких местностях. Они по-разному выглядят, включают различные виды растений и животных. Однако в «поведении» всех экосистем имеются и общие аспекты, связанные с принципиальным сходством энергетических процессов, протекающих в них. Одним из фундаментальных правил, которым подчиняются все экосистемы, является принцип Ле-Шателье — Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, это равновесие смещается в направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.
Ученые дифференцируют экосистемы на микроэкосистемы (например ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд) и макроэкосистемы (океан, континент). Глобальной экосистемой стала биосфера, существуют свойства-признаки, которые позволяют определить понятие экосистемы, выступающей в качестве объекта правового регулирования. К ним относятся:
1. Замкнутость экосистемы. Ее самостоятельное функционирование. Можно сказать, что, например, капля воды, лес, море и т.д. являются экосистемами, поскольку в каждом из этих объектов функционирует собственная устойчивая система организмов (инфузорий в капле, рыб в море и т.п.). Замкнутость экологических систем обязывает всех природопользователей учитывать экологические последствия своих действий даже в том случае, если нет видимых проявлений воздействия на природу. Так, прокладка дороги на открытой местности, на первый взгляд, не влияет на окружающую природную среду. Но при определенных условиях дорога может стать источником экологического бедствия, например если она будет проложена без учета стока паводковых вод, которые, накапливаясь, могут разрушить земляной покров.
2. Взаимосвязь экосистем. Этот признак обусловливает необходимость комплексного подхода при использовании природных объектов, который на практике получил название ландшафтного. Например, при отводе земель под пахотные угодья или проведении мелиорации необходимо учитывать миграционные пути представителей дикой фауны, сохранять нетронутыми отдельные кустарники, болота, перелески и т.д., то есть не нарушать сложившийся в данной местности ландшафт. Ландшафтный подход позволяет обеспечить общий экологический приоритет в природопользовании, в соответствии с которым все виды использования природных объектов должны быть подчинены требованиям экологического благополучия окружающей природной среды.
3. Биопродуктивность. Данный признак способствует самовоспроизводству экосистемы, выполнению той или иной функции, что определяет в результате различный правовой статус природного объекта. Так, земли повышенного плодородия нужно отводить для нужд сельского хозяйства, а для других целей - малопродуктивные. Продуктивность также учитывают при установлении платы за пользование природным объектом, при налогообложении, в случае возмещения ущерба или наступления страхового события.
Специалисты в области экологии определяют экологическую систему как закрытую функционально единую совокупность организмов (растений, животных, микроорганизмов), населяющих общую территорию и способных к длительному существованию при полностью замкнутом круговороте веществ (то есть при отсутствии материального обмена через ее границы). Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.
1.2. Структура экосистем
Экосистемы состоят из живого и неживого компонентов, называемых биотическим и абиотическим. Совокупность живых организмов биотического компонента называется сообществом. Исследование экосистем включает, в частности, выяснение и описание тесных взаимосвязей, существующих между сообществом и абиотическим компонентом.Биотический компонент полезно подразделить на автотрофные и гетеротрофные организмы. Автотрофы синтезируют необходимые им органические вещества из простых неорганических и делают, за исключением хемотрофных бактерий, с помощью фотосинтеза, используя свет как источник энергии. Гетеротрофы нуждаются в источнике органического вещества и (за исключением некоторых бактерий) используют химическую энергию, содержащуюся в потребляемой пище.Гетеротрофы в своем существовании зависят от автотрофов, и понимание этой зависимости необходимо для понимания экосистем. Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ. Всю экосистему можно уподобить единому механизму, потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательные вещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, в который, в конце концов, и возвращаются либо в качестве отходов жизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, в экосистеме происходит круговорот питательных веществ, в котором участвуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называются биогеохимическими циклами. Движущей силой этих круговоротов служит энергия Солнца. Фотосинтезирующие организмы непосредственно используют энергию солнечного света и затем передают ее другим представителям биотического компонента. В итоге создается поток энергии и питательных веществ через экосистему. Таким образом, все живые организмы – это преобразователи энергии, и каждый раз, когда происходит превращение энергии, часть ее теряется в виде тепла. В конце концов, вся энергия, поступающая в биотический компонент экосистемы, рассеивается в виде тепла. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистемы. Фактически живые организмы не используют тепло, как источник энергии для совершения работы – они используют свет и химическую энергию. Изучение потока энергии через экосистемы называется энергетикой экосистем.
Кроме того, различают видовую, пространственную и трофическую структуры экоситем.
Трофическая структура.
Виды, входящие в состав экосистемы, связаны между собой пищевыми связями, так как служат объектами питания друг для друга.
Последовательность питающихся друг другом организмов называют пищевой, или трофической, цепью. Отдельные звенья трофической цепи называют трофическими уровнями. Пищевые цепи состоят, как правило, из трех - пяти звеньев.
Различают два типа трофических (пищевых) цепей. Пищевые цепи, которые начинаются с растений, идут через растительноядных животных к другим потребителям, называют пастбищными или цепями выедания. Пищевые цепи другого типа начинаются с отмерших растений, трупов или помета животных и идут к мелким животным и микроорганизмам. Эти цепи называют детритными, или цепями разложения.
Линейные пищевые цепи - большая редкость в природе. Как правило, пищевые цепи в экосистеме тесно переплетаются. Совокупность пищевых связей в экосистеме образует пищевые сети, в которых многие консументы служат пищей нескольким членам экосистемы. В то же время некоторые животные могут принадлежать сразу к нескольким трофическим уровням, так как питаются и растительной, и животной пищей, то есть являются всеядными (например, медведь).
Видовая структура экосистемы
- это разнообразие видов, взаимосвязь и соотношение их численности. Различные сообщества, входящие в состав экосистемы, состоят из разного числа видов - видового разнообразия. Видовое разнообразие зависит от соотношения численности видов в экосистеме. Уменьшение видового разнообразия угрожает самому существованию вида в силу сокращения генетического разнообразия - запаса рецессивных аллелей, обеспечивающего приспособленность популяций к меняющимся условиям среды обитания.
В свою очередь, видовое разнообразие служит основой экологического разнообразия - разнообразия экосистем. Совокупность генетического, видового и экологического разнообразия составляет биологическое разнообразиепланеты.
Деятельность человека по влиянию на биологическое разнообразие планеты превосходит все известные в прошлом геологические катастрофы. Очень важно не допустить такого снижения биоразнообразия, которое привело бы к снижению устойчивости экосистем, перешло бы границы их самовосстановительных возможностей.
Пространственная структура экосистемы.
Популяции разных видов в экосистеме распределены определенным образом - образуют пространственную структуру. Различают вертикальную и горизонтальную структуры экосистемы.
Основу вертикальной структуры формирует растительность.
Растительное сообщество определяет, как правило, облик экосистемы. Растения в значительной мере влияют на условия существования остальных видов. В лесу это крупные деревья, на лугах и в степях - многолетние травы, а в тундрах господствуют мхи и кустарнички.
Обитая совместно, растения одинаковой высоты создают своего рода этажи - ярусы. Имеется и подземная ярусность, что связано с разной глубиной проникновения в почву корневых систем растений. Благодаря ярусному расположению растения наиболее эффективно используют световой поток, при этом снижается конкуренция: светолюбивые растения занимают верхний ярус, а теневыносливые развиваются под их пологом.
Животные тоже приспособлены к жизни в том или ином растительном ярусе.
Вследствие неоднородности рельефа, свойств почвы, различных биологических особенностей растения и в горизонтальном направлении располагаются микрогруппами, различными по видовому составу. Это явление носит название мозаичности. Мозаичность растительности - это своего рода "орнамент", образованный скоплениями растений разных видов.
Благодаря вертикальной и горизонтальной структурам обитающие в экосистеме организмы более эффективно используют минеральные вещества почвы, влагу, световой поток.
1.3. Особенности и факторы пресноводных местообитаний
Пресные воды на поверхности континентов экосистем образуют реки, озера, болота. Человек для своих нужд создает искусственные пруды и крупные водохранилища. Значит, пресные воды могут находиться в текучем и относительно неподвижном стоячем состоянии. Некоторые водоемы могут переходить из одного состояния в другое. В связи с этим пресноводные местообитания подразделяются на:
— лентические экосистемы — озера и пруды — стоячие воды;
— лотические экосистемы — родники, ручьи, реки — текучие воды;
— заболоченные участки, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам — марши и болота.
Составляя весьма малую часть от всех экосистем биосферы, пресноводные экосистемы для человека имеют непреходящее значение вследствие следующих особенностей:
1) пресные воды — практически единственный источник для бытовых и промышленных нужд;
2) пресноводные экосистемы представляют собой самую удобную и дешевую систему переработки отходов;
3) уникальность термодинамических свойств воды, способствующих уменьшению температурных колебаний среды.
Лимитирующие факторы водной среды — температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная — от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30—40 м в чистых горных озерах. Течение — также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах — влияет на распространение организмов и содержание газов и солей.
Важнейшим лимитирующим фактором в водных экосистемах является концентрация кислорода, чего нельзя сказать о концентрации диоксида углерода, но который часто бывает даже в избытке за счет антропогенного влияния, лимитируя в «максимуме». Лимитирующими из биогенных солей обычно бывают нитраты и фосфаты, иногда ощущается недостаток кальция и некоторых других элементов.
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 существенна разница в концентрации солей у гидробионта и в окружающей водной среде, приводящая к осмотическим явлениям на границе «организм — вода». В зависимости от различий в концентрации солей в рыбе и воде, жидкость в рыбе может быть гипертонична или гипотонична (повышающая или понижающая давление в теле рыбы), и то и другое ведет к гибели животного. Это главная причина, почему пресноводные рыбы не могут жить в море, а морские — в реке или пресном озере. Но есть рыбы, способные жить в обеих средах (лосось и др.), потому что у этих животных есть специальные механизмы осмотической регуляции.
Пищевые цепи в водоемах хорошо развиты и представлены организмами всех трофических уровней. Продуценты представлены автотрофами: фото и хемосинтезирующими микроорганизмами и водными растениями. Консументы — полным набором от растительноядных и хищников различных порядков до паразитов, и т. д. И, наконец, редуценты (сапротрофы) отличаются значительным разнообразием, которое связано с природой субстрата.
Водные организмы с экологических позиций можно классифицировать и по местообитанию в водоеме. Бентос — организмы, прикрепленные к дну, живущие в илистых осадках и просто покоящиеся на дне. Перифитон — животные и растения, прикрепленные к листьям и стеблям водных растений или к другим выступам над дном водоема. Планктон — организмы плавающие, зоопланктон даже активно может перемещаться сам, но в целом они перемещаются с помощью течения. Нектон — свободно перемещающиеся в воде организмы — рыбы, амфибии и т. д.
Особое значение имеет распределение организмов по трем зонам водоема. Литоральная зона — толща воды, где солнечный свет доходит до дна. Лимническая зона — толща воды до глубины, куда проникает всего 1 % от солнечного света и где затухает фотосинтез. Эвфотической зоной называют всю освещенную толщу воды в литоральной и лимнической зонах. Профундалъная зона — дно и толща воды, куда не проникает солнечный свет.
В проточных водоемах последние три зоны не выражены, хотя их элементы встречаются. Перекаты — мелководные участки с быстрым течением; дно без ила, преимущественно прикрепленные формы перифитона и бентоса. Плесы — участки глубоководные, течение медленное, на дне мягкий илистый субстрат и роющие животные.
Приведенные выше классификации имеют важное значение в определении экологического положения того или иного организма в сообществах.
1.4.
Характеристика пресноводных экосистем
Лентические экосистемы в литоральной зоне содержат два типа продуцентов: укрепившиеся в дне цветковые растения и плавающие зеленые растения — водоросли, некоторые высшие (рдесты) (Рис.1). Растения, укрепленные в дне, образуют три концентрические зоны:
1) зона надводной вегетации — фотосинтезирующая часть растений (камыши, рогозы и др.) находится над водой, абиогенные элементы извлекаются из донных осадков;
2) зона укрепленных в дне растений с плавающими по воде листьями (кувшинки) — у них та же роль, что и у растений первой зоны, но они могут затенять нижние толщи воды;
3) зона подводной вегетации — укорененные и прикрепленные растения, полностью находящиеся под водой и осуществляющие фотосинтез и минеральный обмен в водной среде (рдесты и прикреплённые водоросли — харовые).
Животные, консументы более разнообразны в литорали, чем в других зонах водоема. Перифитон представлен моллюсками, коловратками, мшанками, личинками насекомых и др. Многие животные нектона дышат кислородом атмосферного воздуха (лягушки, саламандры, черепахи и др.). Рыбы большую часть жизни проводят в литорали и здесь же размножаются. Зоопланктон представлен ракообразными, имеющими большое значение для питания рыб (дафнии и др.).
В сообществах лимнической зоны продуцентом является фитопланктон. В водоемах умеренного пояса плотность его популяции заметно изменяется по сезонам. Весной «цветение» связано с массовым развитием приспособленных к прохладной воде диатомитовых водорослей, летом — зеленых, осенью — азотфиксирующих сине-зеленых водорослей. Зоопланктон представлен растительноядными ракообразными и коловратками, все другие — хищники. Нектон лимнической зоны — это только рыбы.
Сообщества профундальной зоны существуют без света. Фауна и флора здесь — в зоне поверхностного раздела вода—ил, где накапливается органический материал, — представлена бактериями и грибами (редуценты), а также бен-тосными формами — личинками насекомых, моллюсками, кольчатыми червями (консументами).
Количество красных кольчатых червей возрастает с ростом загрязнения водоема сточными водами, т.е. по этому показателю можно судить о степени загрязнения водоема.
Действие на сообщества стоячих водоемов таких лимитирующих факторов, как содержание кислорода, температуры и освещенности, зависит от специфических особенностей этих водоемов — озер, прудов и искусственных водохранилищ.
Таблица 1
Пресные воды гидросферы
| Части гидросферы | Объем пресной воды, км3
|
% общего объема пресной воды |
| Ледники | 24000000 | 85 |
| Подземные воды | 4000000 | 14 |
| Озера и водохранилища | 155000 | 0,6 |
| Почвенная влага | 83000 | 0,3 |
| Пары атмосферы | 14000 | 0,05 |
| Речные воды | 1200 | 0,04 |
| Итого | 28253200 | 100 |
Озера
— естественные пресноводные водоемы, образовались геологически сравнительно недавно за последние несколько десятков тысяч лет, и лишь возраст некоторых из них исчисляется миллионами лет, например Байкала. Наличие у большинства озер профундальной зоны сказывается на температурном режиме водной толщи, на ее «перемешивании» и распределении кислорода в ней. Эти процессы сезонны, как и стратификация озера по температурному режиму.
В озерах умеренного пояса в летнее время можно выделить в вертикальном разрезе три зоны: эпилимнион — до глубины, где происходит конвекция (циркуляция) воды; термоклина — это промежуточная зона, где вода не смешивается с водой верхней зоны; гиполимнион — область холодной воды, где нет циркуляции.
Термоклина обычно расположена ниже границы проникновения света, и запасы кислорода, в отрезанном от его источников гиполимнионе, истощаются. Наступает летний период стагнации. Осенью, вследствие выравнивания температур, происходит общее перемешивание воды и обогащение гиполимниона кислородом. Зимой, когда температура воды подо льдом становится ниже 4°С, что снижает ее плотность и снова приводит к стратификации озера и к зимней стагнации. Весной, после таяния льда, температура воды
Цветение фитопланктона обычно приурочено к перемешиванию, когда вфотической (освещенной) зоне появляются воды, обогащенные природными биогенными компонентами. С точки зрения продуктивности озера подразделяются на две группы:
1) олиготрофные (малокормные);
2) эвтрофные (кормные).
Продуктивность лентических экосистем зависит также от поступающих веществ с окружающей суши и от глубины озера (наиболее продуктивны мелкие озера).
Пруды
обладают хорошо развитой литоралью, и стратификация практически отсутствует; образуются они в различных понижениях, часто временно пересыхают летом или в засушливые годы. Фауна прудов способна переживать сухие периоды в покоящемся состоянии или перебираться в другие водоемы (земноводные). Естественные пруды высокопродуктивны. В искусственных прудах, в основном, человек сам подкармливает рыб.
На биологические процессы в озерах и прудах большое влияние оказывают физические свойства воды. Вода имеет наибольшую плотность при 4°С. С увеличением глубины меняется температура воды; может наблюдаться более или менее устойчивая слоистость (стратификация) в зависимости от времени года (Рис.2).
Рис.2.
Водохранилища
создаются человеком при возведении гидроэнергетических и гидромелиоративных комплексов. Это уже не природная экосистема, а природно-техническая система. Распределение тепла и биогенов в ней зависит от типа плотины. Если вода сбрасывается придонная, то в этом случае водохранилище аккумулирует тепло и экспортирует биогенные вещества, если сброс идет поверх плотины, то экспортируется тепло и аккумулируются биогены. В первом случае спускается вода гиполимниона, во втором — эпи-лимниона. Через глубоководные шлюзы в реку поступает и более соленая вода, а биогены вызывают эвтрофикацию участка реки.
Лотические экосистемы
— реки отличаются от стоячих водоемов тремя основными условиями:
1) течения — важный лимитирующий и контролирующий фактор;
2) обмен между водой и сушей значительно более активен;
3) распределение кислорода более равномерно, так как практически отсутствует стратификация.
Скорость течения влияет на распределение рыб в реках — они могут жить и под камнями, и в заводях, под перекатами, но это будут разные виды, адаптированные к конкретным условиям. Река — открытая экосистема, в которую поступает с прилегающих пространств большое количество органического вещества.
Детритное питание — основа трофических цепей логических экосистем: более 60% энергии консументы получают от привнесенного материала. Зато кислорода в реках достаточно и содержание его в воде постоянно, что обусловило узкую толерантность организмов по отношению к кислороду
Выделяют лотические сообщества перекатов и плесов. На перекатах поселяются организмы, способные прикрепиться к субстрату (нитчатые водоросли), или хорошие пловцы (форель). На участках плеса сообщества напоминают прудовые.
В больших реках прослеживается продольная зональность: в верховьях — сообщества перекатов, в низовьях и дельте — плесов, между ними местами могут возникать и те и другие. Продольная зональность подчеркивается изменениями видового состава рыб. К низовьям видовой состав обедняется, но увеличиваются размеры рыб.
Заболоченные пресноводные участки, обычно собственно болота, — низинные и верховые. Низинные имеют, как правило, питание подземными водами; а верховые — атмосферными осадками. Верховые могут встречаться в любом понижении или даже на склонах гор, низинные возникают вследствие зарастания озер и речных стариц. Они покрыты водными макрофитами, болотными растениями и кустарниками.
Болотные почвы и торфяники содержат много углерода (14—20%), сельскохозяйственная отработка которых приводит к выделению в атмосферу большого количества углекислого газа, что усугубляет СО2-проблему.
Глава 2.
1.1.1. Географическая изменчивость пресноводных экосистем.
При переходе из региона в регион все экосистемы подвергаются закономерным изменениям особого рода. Они связаны как со сменой климата и рельефа (то есть ландшафта) местности, так и с независимым видообразованием в изолированных друг от друга регионах. Этими изменениями занимается отдельная наука – биогеография, которая тоже делится на ландшафтную (изучающую в основном сообщества разных регионов, связанные с разными природными условиями и ландшафтами) и фаунистическую (изучающую сходство и различия фаун регионов, связанные с их изолированностью и связями в прошлом и настоящем). Подобно биологической систематике, биогеография стремится к созданию наиболее адекватных схем биогеографического районирования, то есть классификации регионов по уровню сходства их биоты, причем отраженной на карте. При этом ландшафтное и фаунистическое районирование дают несколько разные картины. Кроме того, различные схемы районирования создаются для морской, наземной и пресноводной биоты. Наземная и морская биогеографии и расходятся полностью (т.е. каждая создает свою схему районирования Зем-ли, и эти схемы не пересекаются), а пресноводная биогеография в основном (но не полностью) сходна с наземной (то есть склонна выделять в основном те же области, подобласти и провинции).
1.1.2. Биогеографическое районирование пресных вод мира.
В целом пресноводная биогеография – относительно молодая и слаборазвитая область знаний; исходит она от наземной. Наземные зоогеографы уже давно выделили шесть основных биогеографических областей, примерно (но не совсем) соответствующих материкам: Палеарктическая область (Европа и Северная Азия), Ориентальная область (Юго-Восточная Азия), Эфиопская область (Африка), Неарктическая область (Северная Америка), Неотропическая область (Южная и Центральная Америка) и Австралийская область (Австралия с ближайшими островами). Впоследствии состав и очертание этих подобластей многократно корректировались, но в целом они остаются базой для всех наземных и пресноводных фаунистических схем. Система районирования иерархична: Земля делится на области, области – на подобласти (не всегда), подобласти – на провинции. Каждая область имеет в основном специфичную фауну и свой крупный центр видообразования (т.е. эндемики в фауне области преобладают), а также эндемичные роды и семейства; в каждой подобласти также свои многочисленные эндемики (в том числе на уровне рода), каждая провинция отличается наличием или отсутствием хотя бы нескольких видов. Известны три отечественные биогеографические схемы по водным беспозвоночным: А.В. Мартынова, 1928 (по ручейникам), Я.И. Старобогатова, 1970 (по моллюскам) и Б.Ф. Белышева, 1981 (по стрекозам). Интересно, что даже состав и границы областей они все проводят по-разному. Общая (синтетическая и несколько усредненная из разных схем) система биогеографии суши и континентальных вод представляется нам так. На базе бывшего суперматерика Лавразия развито Бореальное (Северное) фаунистическое царство, включающее примерно три крупных центра видообразования в умеренной зоне: Северо-Американский, Европейский и Восточно-Сибирский. Все они довольно родственны и обычно все объединяются в Голарктическую область как три разные подобласти (или делятся на Неарктику в Америке и Палеарктику в Евразии). На базе суперматерика Гондвана сформировалось Меридиональное (Южное) фаунистическое царство, включающее четыре очень богатых центра видообразования в тропической зоне: Неотропический (Ю.Америка), Эфиопский (Африка), Ориентальный (Ю-В Азия) и Австралийский (Австралия). Все они очень разные и считаются разными областями. Между двумя царствами располагается, в основном в субтропическом климате, переходная зона, в которой смешиваются северные и южные виды, но также есть свои центры видообразования: Сонорский (юг Сев.Америки), Средиземноморский (земли вокруг Средиземного моря), Центрально-азиатский (горные области от Ирана до Тибета) и Амурский (Маньчжурия, Корея и Япония). Эти центры обычно считают подобластями, но, по произволу авторов, относят к разным областям – северным, южным или специальной промежуточной Субголарктической области (Белышев и Харитонов, 1981). Например, Старобогатов, относит Амурскую подобласть к Югу (к Ориентальной области, которую называет Сино-Индийской), а все остальные – к Северу (Сонору – вмеесте с Канадой к Неарктике, Средиземноморье и Центральную Азию – к Палеарктике). Для пресных вод характерны также «островные» биогеографические выделы, соответствующие отдельным древним водоемам (обычно гигантским озерам) с эндемичной фауной. Так, Я.И. Старобогатов по фауне моллюсков выделил в мире еще три таких области: Байкальскую, Понто - Каспийскую солоновато - водную, Танганьиканскую, а также несколько подобластей и довольно много провинций. И нет особых причин оспаривать такое выделение. Характерно, что в направлении от Северного полюса разобщенность фауны непрерывно увеличивается: арктические водоемы очень сходны со всех сторон – в Америке, Европе и Сибири; в умеренной зоне различий фауны уже хватает на разные провинции, а потом подобласти, в субтропиках их становится больше, в тропиках же на одной широте выделяются четыре совсем разные области. Отчасти это объясняется тем, что там и видообразование быстрее, и места больше, и сама фауна несравненно богаче, давая обширный материал биогеографу.
1.1.3.
ЗАГРЯЗНЕНИЕ РЕК И ОЗЕР И МЕРЫ БОРЬБЫ С
НИМ
Загрязнение пресных вод стало столь значительным, что вызывает тревогу во многих странах. Причины загрязнения рек и озер — интенсивное развитие промышленного производства и рост населения, в результате чего значительно увеличился объем промышленных и бытовых сточных вод. Например, в реке Москве концентрации взвешенных веществ, нефтепродуктов, сульфатов, фенолов, азота аммонийного, солей тяжелых металлов превышают ПДК от 2 до 20 раз.
Очень опасны нефтяные продукты. Они попадают в реки со стоками нефтедобывающих, нефтеперерабатывающих, автомобильных и железнодорожных предприятий, с транспортных и нефтеналивных судов. На водной поверхности такие вещества образуют пленку, препятствующую проникновению кислорода в воду. Кислородное голодание приводит к гибели разных видов рыб. По этой причине уловы во многих внутренних водоемах сильно снижаются. Нефтяное загрязнение неблагоприятно отражается и на других обитателях рек и озер.
На фауну водоемов пагубно влияют сточные воды целлюлозно-бумажной промышленности. Окисление древесной массы сопровождается поглощением значительного "количества кислорода, что вызывает гибель икры, мальков и взрослых рыб. Волокна и другие нерастворимые вещества засоряют воду и ухудшают ее физико-химические свойства.
На состоянии рыб и их корма — беспозвоночных неблагоприятно отражаются молевые сплавы. Из гниющей древесины и коры в воду выделяются различные дубильные вещества. Смола и другие экстрактивные продукты разлагаются и поглощают много кислорода, что обусловливает гибель рыбы, особенно молоди и икры. Кроме того, молевые сплавы сильно засоряют реки, а топляк нередко полностью забивает их дно, лишая рыб нерестилищ и кормовых мест.
Атомные электростанции загрязняют реки радиоактивными отходами. Радиоактивные вещества концентрируются в мельчайших планктонных организмах и рыбе, затем по цепи питания передаются другим животным. Установлено, что радиоактивность планктонных обитателей в тысячи раз выше, чем воды, в которой они живут. Концентрация радиоактивного фосфора в организме пресноводных рыб в 20—30 тыс. раз, а водоплавающих птиц в 50 раз выше, чем в водоеме.
Сточные воды, имеющие повышенную радиоактивность (100 Ки на Гл и более), подлежат захоронению в подземные бессточные бассейны или специальные резервуары.
В связи с ростом населения, расширением старых и возникновением новых городов значительно увеличилось поступление бытовых стоков во внутренние водоемы. Эти стоки стали источником заражения рек и озер болезнетворными бактериями и гельминтами. В еще большей степени загрязняют водоемы моющие синтетические средства, широко используемые в быту, а также в промышленности и сельском хозяйстве. Содержащиеся в них химические вещества, поступившие со сточными водами в реки и озера, оказывают значительное влияние на биологический и физико-химический режим водоемов. В результате снижается способность вод к насыщению кислородом, парализуется деятельность бактерий, минерализующих органические вещества. Неумеренно и неумело применяемые в сельском хозяйстве пестициды при попадании в реки и каналы также ухудшают качество воды в них.
Различают минеральное и органическое загрязнение сточных вод. В первом случае сточные воды содержат соли, кислоты, щелочи, глину, песок и другие минеральные вещества. В промышленных стоках их более 40 %. Нередко выбрасывают ценное сырье (поваренная соль, глицерин, уксусная кислота, хлориды, удобрения и др.), которое также становится загрязнителем пресных вод.
Сточные воды, содержащие растительные волокна, животные и растительные жиры, фекальную массу, остатки плодов и овощей, отходы кожевенной и целлюлозно-бумажной промышленности, сахарных и пивоваренных заводов, предприятий мясомолочной, консервной и кондитерской промышленности, становятся причиной органического загрязнения водоемов.
В сточных водах обычно около 60 % веществ органического происхождения. К этой же категории относится биологическое загрязнение (бактерии, вирусы, грибы, водоросли) коммунально-бытовых, медико-санитарных вод и отходов кожевенных и шерстомойных предприятий.
Реки в значительной степени загрязнены в результате сброса недостаточно очищенных сельскохозяйственных, ливневых и коммунально-бытовых сточных вод. Ухудшилось и качественное содержание стоков, особенно вследствие увеличения доли сбросов химических производств. Наиболее токсичные стоки направляют в пруды-накопители. Однако часть их с отдельных предприятии, где не имеется очистных сооружений, попадает в реки. Даже в высокоразвитых странах очистка воды оставляет желать лучшего. Так, в Германии очищают только 64 % бытовых стоков, в Швеции 10 % стоков остаются неочищенными, а 15 % подвергаются лишь механической очистке.
Раньше, когда объем сточных вод был незначителен, на большинстве предприятий очистные сооружения не строили, а ограничивались разбавлением этих стоков речной водой. Следует иметь в виду, что для разбавления 1 м3 сточных вод необходимо 20—30 м3 природной чистой воды. В современных условиях огромный объем сточных вод не может быть разбавлен в достаточной степени. Применяемые методы очистки позволяют снизить уровень загрязнения лишь на 80 %, а в более совершенных сооружениях — до 95 %. В то же время стоимость очистных сооружений часто достигает 10—20 % стоимости строительства предприятий. Лишь переход на замкнутый цикл водоснабжения служит радикальным средством решения данной проблемы.
В сильной степени загрязняют водоемы предприятия, размещенные в сельской местности. Здесь необходимы меры по очистке сточных вод сыроваренных, маслодельных, пивоваренных, кожевенных, винных, консервных заводов, молокозаводов, мясокомбинатов, рыбозаводов, льнозаводов, депо, различных мастерских, гаражей, машинных дворов, складов топлива и смазочных материалов, удобрений и пестицидов, городских и поселковых канализаций, включая бани и прачечные.
Нельзя размещать у рек и водоемов молочно-товарные и свиноводческие комплексы, которые сильно загрязняют отходами водные источники. Скот при пастьбе уничтожает кустарники и дерновый покров, снижающие интенсивность береговой эрозии (абразии). На животноводческих комплексах необходимо своевременно утилизировать навоз, создавать валы для перехвата загрязненного стока, устанавливать места для водопоя и соблюдать другие правила эксплуатации. Навозонакопители должны иметь изолированные секции для выдерживания навоза и обезвреживания его от патогенных микроорганизмов. Их закладывают с учетом гидрогеологических условий, чтобы исключить фильтрацию навозной жижи и загрязнение ею грунтовых вод.
В последнее время появился термин «ирригационное загрязнение». Особенно оно характерно для условий Средней Азии, в первую очередь для Каракалпакии и Туркменистана. Здесь во многих случаях залегание грунтовых вод оказалось на уровне заложения канализации и отхожих мест. Не случайно, что в этих регионах отмечаются самое высокое количество желудочно-кишечных инфекций и наиболее высокий уровень детской смертности в СНГ.
Особенно сильно загрязнены реки Волга, Урал, Днепр. В Волгу ежегодно сбрасывается более 7 млрд. м3 загрязняющих вод, в том числе без очистки свыше 1 млрд. м3. Только в районе Волгограда в реку поступает свыше 230 млн. м3 таких вод.
Развивая промышленность и орошаемое земледелие, не учитывали, что водные ресурсы рек составляют небольшую частъ водных запасов страны. Вследствие этого такие реки, как, например, Волга, оказались сильно загрязненными. Кроме того, связанное со строительством ГЭС сооружение плотин и водохранилищ изменило гидрологический режим реки. Если раньше вода от Рыбинска до Волгограда доходила за 50 сут., то теперь — за 450—500 сут. Большинство притоков Волги как капилляры, питающие ее, загрязнены и забиты землей. Самоочищение этой могучей реки снизилось в десятки раз. Если прежде твердые осадки, поступающие с поверхностным стоком с территории бассейна, удобряли пойменные и заливные земли, то сейчас они откладываются на дне водохранилища. Рыба стала поражаться гельминтами. Это тоже следствие каскадности водохранилищ, малой проточности Волги. Повысился базисный уровень засоленных почв, они не промываются, падает их плодородие. В результате абразии потеряно 70 тыс. га земель. В связи с этим важной проблемой становится восстановление гидрологического режима рек. Она уже решена в отношении нижнего течения Волги. Теперь из Волгоградского водохранилища весной через плотину сбрасывается 130 м3 воды, благодаря чему рыба может отнереститься. И хотя в данном случае теряется 1000 МВт электроэнергии, эти убытки оправданны, ибо только таким путем можно сохранить рыбное стадо. Проблемы экологии оказываются наиболее важными.
Более 40 % посевной площади обрабатывают пестицидами. С богарных земель в водоемы попадает около 1 %, а с орошаемых — около 4 % этих веществ. При авиационной обработке в результате сноса в водоемы поступает до 30 % применяемых пестицидов. Мигрируя в воде, они переносятся на большие расстояния, а их биологический распад вследствие стабильности происходит медленно. Весьма угрожающие размеры приобрел процесс эвтрофикации водоемов, когда усиливается развитие фитопланктона, особенно сине-зеленых водорослей, — происходит цветение воды. Эвтрофикация в водохранилищах связана с выщелачиванием биогенных элементов из затопленной почвы и гниения растительности на их дне. Но особенно этот процесс усилился в связи со сбросом коммунально-бытовых и промышленных сточных вод, выносом с полей минеральных удобрений и пестицидов и нарушением гидрологического режима рек. Отрицательную роль играет также тот факт, что на животноводческих комплексах ежегодно образуется до 1 млн. т навоза, а в почву вносят только около 600 тыс. т его. Значительное количество органических удобрений может попасть в водоемы и вызвать эвтрофикацию.
Загрязняют водоемы суда, сбрасывающие отработавшие масла и бытовые отходы.
Возрастает бактериальное и химическое загрязнение подземных вод. бактериальное загрязнение характерно для грунтовых вод, однако вполне возможно попадание микроорганизмов и в артезианские воды. Особенно опасно загрязнение подземных вод химическими веществами, которые остаются в них длительное время.
Большое внимание уделяется озеру Байкал, в котором сосредоточено 20 % запасов пресной воды мира. Запрещен молевой сплав леса по рекам, впадающим в озеро. Проводят работы по очистке рек от затонувшей древесины. Временно запрещен лов знаменитого омуля.
В этом уникальном регионе создалась неблагополучная экологическая ситуация. Разработаны меры по сохранению природного комплекса бассейна озера Байкал. Некоторые из них приведены ниже.
Строительство, реконструкция и расширение сооружений для очистки сточных вод и газовых выбросов.
Упорядочение в соответствии с требованиями экологии судоходства и перевозок грузов по озеру.
Создание эффективных установок по очистке дымовых газов от соединений серы и оснащение ими Гусиноозерской ГРЭС и Улан-Удэнской ТЭЦ, других предприятий.
Осуществление мероприятий, обеспечивающих строгое соблюдение норм предельно допустимых выбросов загрязняющих веществ в атмосферу Байкальским целлюлозно-бумажным и Селенгинским целлюлозно-картонным комбинатами.
Перепрофилирование Байкальского целлюлозно-бумажного комбината на экологически безопасное производство.
Реализация и эффективное использование навоза сельскохозяйственных животных и сточных вод объектов сельского хозяйства.
Осуществление мер, направленных на повышение водоохранных и почвозащитных свойств лесов бассейна озера.
Усовершенствование системы мониторинга состояния природной среды региона.
Создание Международного центра по проблемам охраны природы.