Вход

Анализ условий формирования биологической продуктивности озерных экосистем

Рекомендуемая категория для самостоятельной подготовки:
Курсовая работа*
Код 138548
Дата создания 2010
Страниц 42
Источников 10
Мы сможем обработать ваш заказ (!) 29 марта в 18:00 [мск]
Файлы будут доступны для скачивания только после обработки заказа.
2 200руб.
КУПИТЬ

Содержание

Содержание
Введение
1.Основные принципы строения и функционирования экосистем и обитаемой биосферы в целом
1.1.Концепция экосистемы
1.2. Характер связей в экосистеме
2. Анализ условий формирования биологической продуктивности озерных экосистем
2.1. Основные условия формирования биологической продуктивности озерных экосистем
2.2. Влияние экологической составляющей на формирование биологической продуктивности озерных экосистем
Заключение
Список использованной литературы

Фрагмент работы для ознакомления

a (кружочки), а также другие озера в Швеции (треугольники) и озера в Финляндии (крестики). Видно, что с увеличением освещенности растет продукция рыб и объем вылова.
Необходимо предупредить, что сделанный нами вывод о решающей роли света, а не биогенных элементов в ограничении продуктивности озер вовсе не означает, что в эти водоемы можно безболезненно сбрасывать дополнительное количество биогенных элементов (например, с муниципальными стоками). Наоборот, экосистемы таких озер крайне чувствительны к подобным воздействиям. У них нет возможности связать излишек биогенов за счет увеличения первичной продукции, и потому последствия сброса их в водоем могут быть крайне негативными.
2.2. Влияние экологической составляющей на формирование биологической продуктивности озерных экосистем
До недавнего времени загрязнение воды было относительно локальной проблемой промышленно развитых стран. В настоящее время наиболее распространенным явлением стала эвтрофикация, т. е. обогащение внутренних водоемов азотом и фосфором. Источниками этих элементов служат смываемые с сельскохозяйственных земель удобрения и канализационные стоки. Это явление сейчас принимает глобальные масштабы и затрагивает не только пресноводные, но и морские экосистемы.
Канализационные стоки из прибрежных населенных пунктов сбрасываются в море иногда без всякой очистки, создавая непосредственную угрозу здоровью купающихся людей и морским обитателям. Поверхностные стоки из городских и индустриальных зон, а также со свалок часто загрязнены тяжелыми металлами и углеводородами. Биологическое концентрирование тяжелых металлов в морских пищевых цепях может давать их летальные для человека дозы, как это случилось при промышленном сбросе ртути в прибрежные воды около Миниматы в Японии. Высокое содержание ртути в рыбе повлекло смерть множества людей и других рыбоядных животных. Сублетальные дозы тяжелых мета!-лов, пестицидов и нефтепродуктов могут снижать сопротивление организма болезням.
В последнее десятилетие в целях борьбы с загрязнением и деградацией экосистемы Северного моря приняты меры по сокращению и в конечном итоге прекращению захоронения и сжигания токсичных отходов в прибрежной зоне стран, окружающих этот бассейн.
Еще одна серьезная проблема - сильная эрозия почвы. Сносимые поверхностным током частицы ведут к заилению внутренних и прибрежных вод, что иногда повышает их рыбные замасы. Однако налицо и отрицательные последствия. Например, сведение лесов стимулировало эрозию почв в Австралии, а это повысило мутность воды в ее прибрежных водах, что повлекло за собой отмирание полипов Большого Барьерного рифа.
Большое значение имеют также тепловое и нефтяное загрязнения воды.
Эвтрофикация - это обогащение экосистемы питательными веществами. В течение длительного периода, обычно нескольких тысяч лет, озера естественным образом изменяют свое состояние с олиготрофного (бедного биогенными элементами) до эвтрофного (богатого ими) или даже дистрофного, т. е. с высоким содержанием в воде не минеральных, а органических веществ. Однако в XX в. произошла ускоренная антропогенная эвтрофикация многих озер, внутренних морей (в частности, Балтийского, Средиземного, Черного) и рек по всему миру.
Главной причиной этого стало усиленное применение азотных удобрений и сброс в водоемы больших количеств содержащих фосфаты бытовых сточных вод. Последнее отражает не только рост народонаселения планеты, но и современную тенденцию к увеличению его городской доли, а также совершенствование канализационных систем.
Эвтрофикация создает острые экономические и экологические проблемы. Чистая вода необходима для многих промышленных процессов, людей и домашнего скота, коммерческого и спортивного рыболовства, функционирования курортных зон и навигации.(Рисунок 10)
Рисунок 10. Типичные кривые «кислородного истощения»: влияние сброса в реку органики на концентрацию растворенного кислорода в воде. (Из С. F. Mason (1981) Biology of fresh water pollution, Longman.)
Нитраты и особенно фосфаты относятся к питательным веществам, чаще всего определяющим первичную продуктивность водных экосистем. Таким образом, добавка этих солей стимулирует быстрое размножение планктона. Консументы реагируют на рост кормовых ресурсов медленнее, поэтому увеличивается доля авто-трофов, гибнущих «естественной смертью» и непосредственно снабжающих органикой де-тритныс пищевые цепи. Минерализация накапливающихся остатков редуцентами требует кислорода. В результате его концентрация в воде может упасть ниже уровня, необходимого для нормального развития многих видов прежней экосистемы. В далеко зашедших ситуациях рыба и другие крупные животные гибнут, их разложение усиливает потребность в кислороде, и процесс идет по нарастающей. Эта проблема может затрагивать не только непосредственно эвтрофированную зону.
Нескольких участков с дефицитом кислорода в речных системах бывает достаточно для блокирования миграции проходных рыб, например лососей и угрей. (Рисунок 11)
Рисунок 11. Тепловая стратификация озера в средних широтах (пруды Линсяи, Коннектикут, США).
Летом теплый, богатый кислородом циркулирующий слой воды (эпилимнион) отделяется от прохладного, бедного кислородом придонного слоя (гиполимниона) широкой зоной быстрого изменения температуры - термоклином. В этой зоне градиент оксигенации воды аналогичен приведенному для водоема в целом. (С изменениями из: Е. P. Odum (1971) Fundamentals of ecology, Saunders.)
Дезоксигенация проточных водоемов, вызванная органическими остатками, - процесс медленный, и максимальный дефицит кислорода обычно наблюдается на некотором расстоянии от места поступления питательных веществ. Так, например, в Темзе в 1967 г. осенью при низком уровне воды зона кислородного истощения простиралась на 40 км ниже Лондонского моста, а весной, когда вода стояла высоко, - всего на 12 км. В последние 30 лет проведена большая работа по очистке этой реки. Такого сильного дефицита кислорода в Темзе больше не наблюдается, и рыбу можно ловить на всем ее протяжении.
В озерах проблему вызванного эвтрофикацией дефицита кислорода может обострять сезонная стратификация, т. е. формирование несмешивающихся слоев воды с разными температурами. В умеренном климате температурная стратификация происходит обычно в начале лета, главным образом по двум следующим причинам.
1. Солнце нагревает поверхность воды. Теплая вода имеет более низкую плотность, поэтому она не погружается, а образует теплый стационарный верхний слой (эпилим-нион). Ниже этого слоя вода может нагреваться только за счет теплопроводности, а в жидкой среде это процесс медленный.
2. Реки и ручьи, впадающие в озеро, мельче его. Их вода прогревается на всю глубину. Она смешивается только с эпилимнионом, еще больше повышая его температуру по сравнению с глубинным слоем (гиполимнионом)
Для озерной экосистемы все это имеет важные последствия, в частности затрудняет снабжение гиполимниона кислородом.
Вода озера снабжается кислородом тремя основными путями:
1) за счет фотосинтеза, требующего света, т. е. наиболее интенсивно идущего у поверхности;
2) путем диффузии из атмосферы;
3) с проточной водой впадающих рек и ручьев.
Как видно, эти источники обогащают кислородом, прежде всего эпилимнион. Оксигенация глубинных слоев зависит от диффузии сверху и перемешивания воды во время сильного волнения. Последнее более характерно для зимнего сезона. Таким образом, при установлении летней стратификации жизнь в глубине озера зависит главным образом от образовавшегося к весне запаса кислорода.
В здоровой озерной экосистеме большая часть первичной биомассы поедается фитофагами; на долю детритофагов и редуцентов приходится сравнительно мало пищи. Эвтрофикация повышает продуктивность фитопланктона в эпилимнионе, и масса мертвых остатков оседает на дно водоема, поскольку консументы «не справляются» с возросшим количеством корма. Это стимулирует развитие в гиполимнионе редуцентов, истощающих и так небольшой запас кислорода. Если бы кислорода в гиполимнионе было много, то никаких проблем не возник&то бы . Однако к концу лета там возможно развитие аноксических (бескислородных) условий, вызывающих катастрофическую гибель (замор) рыбы и других животных.
Заключение
В естественных условиях основные системные свойства озер, включающие качество воды (а это качество среды обитания), видовое разнообразие организмов и продуктивность на разных трофических уровнях (от растительности до животных), определяются важнейшими географическими факторами. Последние влияют на процессы поступления и превращения веществ, энергии и информации в водоемах. Изменчивость географических факторов (разные климатические зоны, равнины и горные страны, различное происхождение озер) предопределяет большое разнообразие их свойств и характеристик. Также и эволюция озер, как и время их существования различаются из-за многообразия действующих географических факторов.
Озерные экосистемы классифицируются на малопродуктивные и высокопродуктивные, с большим видовым разнообразием организмов и малым, с хорошим качеством воды и плохим.
Известно, что живые организмы взаимодействуют со своей средой обитания и меняют ее в процессе жизнедеятельности. Но среда изменяется и из-за внешних воздействий: в естественных условиях из-за климата и других природных факторов, а в современный период вследствие интенсивной хозяйственной деятельности человека, роста численности населения, и особенно городского. В современный период повсеместно распространились такие явления как евтрофирование и загрязнение поверхностных вод. Первое обусловлено чрезмерным обогащением водоемов питательными для растений (биогенными) веществами. А загрязнение обусловливается поступлением в водоемы разных веществ – от нефтепродуктов до токсичных тяжелых металлов. С решением проблемы загрязнения водоемов, особенно имеющих статус ценных экосистем, кажется все более-менее ясно. Оно недопустимо и требует определенной регламентации хозяйственной деятельности человека в бассейнах водоемов.
Решение же проблемы евтрофирования водоемов, вызывающего увеличение их продуктивности на всех трофических уровнях, намного сложнее. При евтрофировании повышается первичная продукция (ПП) органического вещества из-за массового развития мельчайщих водорослей (цветение воды) или зарастания водоемов высшей водной растительностью (макрофитами). Возрастает также биомасса животных организмов и рыбопродуктивность. Что можно было бы рассматривать как положительный эффект евтрофирования и что полезно при рыбопроизводстве. Однако рост продуктивности водоема сопровождается сменой видового состава водных организмов (главным образом преобладающих видов), перестройкой важнейших связей в экологической системе и ухудшением качества воды. Что уже нежелательно для многих важнейших обитателей водоемов и для водопользователя - человека. Ухудшается среда обитания многих ценных видов рыб и других ценных животных, теряются эстетические свойства уникальных природных водоемов.
Евтрофирование как процесс ускоряет круговорот органического вещества и биогенных элементов в водной экосистеме. Более того, этот процесс способствует включению в ускоренный круговорот даже трудноразлагаемого органического вещества, так называемого гумуса, представляющего собой продукт разложения высшей растительности, создаваемой в водоеме и на суше.
По изменению качества воды - интегрального показателя состояния водной экосистемы, можно проследить за изменениями в экосистеме от начальных стадий евтрофирования до позднейших, когда наиболее четко проявляется эффект обратной связи в системе водоема и в системе «водоем-водосбор». При евтрофировании ухудшается кислородный режим водоемов вследствие затрат кислорода на дыхание организмов, или на деструкцию (Д) органического вещества. В водоемах создается избыточное количество органического вещества, что в сочетании с дефицитом кислорода в воде способствуют усилению напряженности окислительно-восстановительных процессов и еще большему ухудшению качества воды, так как в этих условиях образуются заметные количества метана и сероводорода. Тогда экосистема перестраивается настолько, что для многих организмов, включая и человека, такая перестройка имеет губительный характер.
Многое из процессов, происходящих в современный период в озерных системах, было изучено и изучается исследователями разных стран. Процессы евтрофирования и загрязнения приобрели глобальное распространение и проявляются не только в водоемах суши, но и в прибрежных морских акваториях. Причина современных глобальных нарушений свойств озер и других водоемов и водотоков - резкий рост численности населения планеты и особенно городского, а также расширение сельскохозяйственного и промышленного производства во второй половине 20-го века. Исследования нарушенных деятельностью человека водных экосистем (озер, водохранилищ, рек) выявили очень важную закономерность - водоемы различаются своей устойчивостью к антропогенным воздействиям из-за своих природных свойств.
Устойчивое развитие характерно, как правило, для открытых экосистем, проточных и продуктивных. Тогда как относительно закрытые экосистемы, слабопроточные и малопродуктивные в условиях внешних воздействий отличаются неустойчивым характером развития. Последнему свойственны длительный начальный, инерционный, период, когда почти отсутствует заметно выраженный отклик системы на внешние воздействия, а потом следует взрывоподобная реакция даже на слабое внешнее воздействие, а иногда даже спустя продолжительное время по окончании воздействий. Примером является развитие евтрофирования крупнейшего озера Европы - Ладожского.
Представляется, что особенности устойчивого и неустойчивого развития озерных систем могут быть приложимы к развитию социумов, занимающих определенные территории и имеющих своеобразные формы хозяйственной и культурной жизни.
Другие закономерности, полученные для водных экосистем, более убедительно свидетельствуют об их пригодности для социоэкосистем. Это касается корреляции деструкции органического вещества с его продукцией фотосинтезирующими организмами (связь между Д и ПП, см. рис. 1). Из рис.1 , для которого использованы данные для продуктивных водохранилищ на реках Волга, Днепр и Дон, следует, что с ростом продукции органического вещества растет и его деструкция. (Как с ростом материального производства в социуме растет и потребление материальных благ). Однако на поздних стадиях евтрофирования водоемов деструкция может намного превышать продукцию органического вещества, причем в этот период в деструкцию вовлекаются его запасы в водоеме, в трудноразлагаемой форме. Более того, евтрофию в эти моменты поддерживает приток органического вещества с водосбора.
Заметим также, что для растительности бореальной зоны были выявлены 2 типа экологических стратегий (Пьянков и др., 2001). Такие же типы расительности можно найти и в водоемах – это фитопланктон и макрофиты (высшая водная растительность). Один тип- рудералы- с коротким циклом жизни, с высокой скоростью роста. Это тип функционального метаболизма, ориентированный на обеспечение ростовых процессов. Второй тип- стресс-толеранты. Эти растения в отличие от первых имеют повышенную устойчивость к условиям среды, требующую дополнительные затраты энергии на синтез защитных веществ и структур, что отражается на скорости роста растений.
Список использованной литературы
Акимов А.Ф. Введение в продуктивную гидробиологию. М.: ИНФРА-М, 1988.
Алимов А.Ф, Введение в продукционную гидробиологию. Г.: Гидрометеоиздат, 1989
Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб.: Наука, 2001.
Винберг Г.Г. Гидробиология. История биологии с начала XX века до наших дней. М.:Наука, 1975.
Драбкова В.Г., Сорокин И.Н. Озеро и его водосбор – единая природная система. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1978.
Китаев С.П. Основы личнологии для гидробиологов и ихтиологов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1992.
Китаев С.П. Экологические основы биопродуктивности озер разных природных зон. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1990
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980.
Jan Karlsson, Pär Byström, Jenny Ask, Per Ask, Lennart Persson, Mats Jansson. Light limitation of nutrient-poor lake ecosystems // Nature. V. 460. P. 506–509.
Jonathan J. Cole Ecology: Production in pristine lakes // Nature. 2009. V. 460. P. 463–464.
Акимов А.Ф. Введение в продуктивную гидробиологию. М.: ИНФРА-М, 1988.
Алимов А.Ф, Введение в продукционную гидробиологию. Г.: Гидрометеоиздат, 1989
Алимов А.Ф, Введение в продукционную гидробиологию. Г.: Гидрометеоиздат, 1989
Алимов А.Ф, Введение в продукционную гидробиологию. Г.: Гидрометеоиздат, 1989
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980
Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980
Jan Karlsson, Pär Byström, Jenny Ask, Per Ask, Lennart Persson, Mats Jansson. Light limitation of nutrient-poor lake ecosystems // Nature. V. 460. P. 506–509.
2

Список литературы [ всего 10]

Список использованной литературы
1.Акимов А.Ф. Введение в продуктивную гидробиологию. М.: ИНФРА-М, 1988.
2.Алимов А.Ф, Введение в продукционную гидробиологию. Г.: Гидрометеоиздат, 1989
3.Алимов А.Ф. Элементы теории функционирования водных экосистем. СПб.: Наука, 2001.
4.Винберг Г.Г. Гидробиология. История биологии с начала XX века до наших дней. М.:Наука, 1975.
5.Драбкова В.Г., Сорокин И.Н. Озеро и его водосбор – единая природная система. М.: ЮНИТИ-ДАНА, 1978.
6.Китаев С.П. Основы личнологии для гидробиологов и ихтиологов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1992.
7.Китаев С.П. Экологические основы биопродуктивности озер разных природных зон. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 1990
8.Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. М.: Прогресс, 1980.
9.Jan Karlsson, Par Bystrom, Jenny Ask, Per Ask, Lennart Persson, Mats Jansson. Light limitation of nutrient-poor lake ecosystems // Nature. V. 460. P. 506–509.
10.Jonathan J. Cole Ecology: Production in pristine lakes // Nature. 2009. V. 460. P. 463–464.
Очень похожие работы
Пожалуйста, внимательно изучайте содержание и фрагменты работы. Деньги за приобретённые готовые работы по причине несоответствия данной работы вашим требованиям или её уникальности не возвращаются.
* Категория работы носит оценочный характер в соответствии с качественными и количественными параметрами предоставляемого материала. Данный материал ни целиком, ни любая из его частей не является готовым научным трудом, выпускной квалификационной работой, научным докладом или иной работой, предусмотренной государственной системой научной аттестации или необходимой для прохождения промежуточной или итоговой аттестации. Данный материал представляет собой субъективный результат обработки, структурирования и форматирования собранной его автором информации и предназначен, прежде всего, для использования в качестве источника для самостоятельной подготовки работы указанной тематики.
bmt: 0.00524
© Рефератбанк, 2002 - 2024