Пресноводные экосистемы

      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.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

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.