Компоненты озера как экосистемы

Влияние неживой природы и человека на экосистему озера

Источники возникновения

На Земле возникали озера в результате тектонических сдвигов породы, отступления ледников при таянии или изменения русел рек. К ним можно относить пруды, более мелкие водные образования. Общее у них, то, что это замкнутые экосистемы с тенденцией к исчезновению.

Неважно, является водоем сточным, то есть из которого вытекает вода, или бессточным, экосистема озера постепенно будет трансформироваться в сторону преобладания в ней растительного над животным миром. Затем превратиться в болото и, в конце концов, высохнет и исчезнет. Быстрота такого превращения зависит лишь от величины и глубины водного объекта.

Структура системы и основные факторы влияния

Экосистема озера представляет собой видовую совокупность, существующую в границах водного объекта, и взаимодействующая между собой. Трофическая цепь типичная и состоит из продуцентов – растений и водорослей, консументов – рыбы, рептилии, водоплавающей птицы, некоторые видов животных, а также редуцентов – бактерий, червей и ракообразных.

Схематическая иллюстрация экосистемы озера.

Соленая в озере вода или пресная, влияет только на видовую структуру, в которой преобладают живые организмы, приспособленные к существованию в воде с большим или меньшим содержанием соли.

Основными факторами, влияющими на систему, являются солнце, температура воды и количество содержащегося в ней кислорода.

Главным и определяющим из них – солнце. Вступая во взаимодействие с водой, солнечная энергия изменяет, а именно повышает, температуру последней. Это, в свою очередь, влияет на процесс фотосинтеза, то есть производства кислорода, его содержание и растворимость в воде.

По количеству поступающей солнечной энергии, водную массу озера можно разделить на горизонтальные слои или пласты.

В летний период верхний слой получает максимальное количество солнечной энергии. Он нагревается. Продуценты активно перерабатывают солнечную энергию в кислород. Фауна в верхнем слое играет роль консументов. Это в основном водоплавающие животные и птицы, рептилии, некоторые виды рыб и насекомые.

Следующий пласт воды играет «заградительную» функцию между разными температурными слоями, расположенными над и под ним. Этот слой с максимальной плотностью воды, которая возникает, когда температура ее +4°С. Он сдерживает перемешивание слоев воды озера. Обычно перемешивание происходит весной и осенью. В результате чего происходит обмен кислородом и питательными веществами.

Солнечный свет, доходя до придонного слоя, сильно рассеивается. На дно попадают остатки живых организмов и отходы их жизнедеятельности. Придонный слой населяют редуценты – раки, черви, личинки насекомых, бактерии и микроорганизмы. Очень редки рыбы. Главная их функция переработка органических отходов. Последний этап пищевой цепи, перед началом нового.

На этом этапе и происходит тот сбой, который, в конечном счете ведет к исчезновению озера. Условия существования не позволяют справиться с переработкой отходов полностью. А верхний слой, подпитанный во время перемешивания, увеличивает биомассу. Отходы увеличиваются, а остатки накапливаются. Они превращаются в ил, а затем в торф. Озеро начинает мелеть и исчезать.

Использование человеком

Использование озера человеком можно описать предельно коротко. Человек берет из него воду и пищу, и возвращает неочищенную воду и отходы.

Перед тем как полностью исчезнуть, озеро превращается в болото. Донный ил становится торфом. Торф обладает способностью сохранять влагу. Накапливая ее в период таяния снегов или дождей, он затем отдает ее ручьям и тем поддерживают уровень воды в больших водоемах и в грунтовых водах. Человек добывая торф, как природное топливо или удобрение, проводя мелиоративные работы и осушая болота, изменяет водный режим региона со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Экосистема озера не содержит фосфор, азот и другие вещества, стимулирующие рост растений. Сточные воды промышленных предприятий, сбросы канализационных систем городов, неочищенные бытовые стоки и, главное, вода, сходящая после ливней и таяния снегов с земель, используемых под сельскохозяйственные нужды, содержит эти вещества. А они ускоряют рост и увеличивают количество биомассы, особенно сине-зелёных водорослей.

Тот же эффект при сбросе теплой воды, после охлаждения ею оборудования электростанций. Повышение температуры воды в результате таких сбросов ускоряет рост все тех же водорослей и других растений. Если температура будет слишком велика, то животный мир может вообще погибнуть или произойти сбой в его репродуктивной системе.

Еще одна форма использования человеком экосистемы озера – это привнесение в нее живых организмов, ей несвойственных. Иногда это может произойти случайно. Но бывает, что это делается преднамеренно, с целью разведения полезных для человека видов рыб, моллюсков, беспозвоночных и тому подобное.

Эти организмы ведут себя агрессивно по отношению к местным видам флоры и фауны. А с учетом стимулирования их роста и развития человеком, то природная биосистема начинает подвергаться существенным изменениям. Происходит дисбаланс, который может привести к ее полной гибели. Примером могут служить Великие озера в Америке.

Вам будет интересно посмотреть фото и картинки экосистемы озера.

Посмотрите видео: Красивые фото озер, рек и морей.

Источник

Озёрные экосистемы

Экосистема озера включает биотические (живые) растения, животных и микроорганизмы, а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия.

Озерные экосистемы являются яркими примерами стоячих экосистем. К стоячим относятся застойные или слаботекущие воды (от латинского Lentus-вялый). Стоячие воды колеблются от прудов, озер до водно-болотных угодий, и большая часть этой статьи относится к стоячим экосистемам в целом. Стоячие экосистемы можно сравнить с текучими экосистемами, в которые входят текучие наземные воды, такие как реки и ручьи. Вместе эти два поля формируют более широкую область исследования пресной воды или водной экологии.

Стоячие системы разнообразны, начиная от маленького, временного бассейна дождевой воды на несколько сантиметров, до глубокой озера Байкал, который имеет максимальную глубину 1740 м. Общее различие между бассейнами прудов и озер является расплывчатым, но Браун утверждает, что пруды и бассейны имеют освещенные придонные области, в то время как озера нет. Кроме того, некоторые озера стали сезонно расслаиваться (обсуждается более подробно ниже). Пруды и бассейны имеют две области: пелагическая зона открытой воды, и бенталь, который включает регионы дна и берега.Так как озера имеют нижние глубокие регионы, которые не подвергаются воздействию света, эти системы имеют дополнительную зону, глубинную (профундали). Эти три области могут иметь очень разные абиотические условия и, следовательно, множества видов, которые специально адаптированы к жизни там.

Важные абиотические факторы

Свет поставляет солнечную энергию, необходимую для управления процессом фотосинтеза, основным источником энергии стоячих систем (Бронмарк и Хэнсон, 2005). Количество полученного света зависит от комбинации нескольких факторов. Небольшие пруды могут возникнуть из-за затенения окружающими деревьями, а облачный покров может повлиять на наличие света во всех системах, независимо от их размера. Сезонные и суточные колебания также играют роль в легкости доступности, потому что чем меньше угол, под которым свет падает на воду, тем больше света теряется при отражении. Это известно как закон Бера (Гиллер и Малмквист, 1998). После того как свет проникает через поверхность, он также может быть разбросаны на частицы, взвешенных в толще воды. Это рассеяние снижает общее количество света с увеличением глубины (Мосс 1998, Калфф 2002). Озера разделены на световые и афотические зоны, предварительно принимающие свет и в дальнейшем полностью его рассеивающие, что делает его лишенным фотосинтетического потенциала (Бронмарк и Хэнсон, 2005). В соответствии с зональностью озера, считается, что пелагические и бентосные зоны лежат в пределах световой области, в то время как профундали в афотической зоне (Браун, 1987).

Температура

Температура является важным абиотическим фактором в стоячих экосистем, поскольку большая часть биоты пойкилотермна, где внутренняя температура тела определяется окружающей системой. Вода может нагреваться или охлаждаться посредством излучения с поверхности и теплопроводности из воздуха или окружающего субстрата (Гиллер и Малмквист, 1998). Мелкие водоемы часто имеют непрерывный градиент температуры — от теплых вод на поверхности до холодных вод на дне. Кроме того, флуктуации температуры могут быть очень большими в этих системах, как суточные, так и сезонные (Браун, 1987).

В больших озерах температурные режимы очень отличаются (Рис. 1). В регионах с умеренным климатом, например, при увеличении температуры воздуха, ледяной слой, сформированный на поверхности озера, распадается, оставляя воду при температуре приблизительно 4 ° С. Это температура, при которой вода имеет самую высокую плотность. По ходу сезона, более нагретый воздух разогревает поверхностные воды, что делает их менее плотными. Более глубокие воды остаются прохладными на ощупь и плотными из-за снижения интенсивности проникновения света. Когда начинается лето, два различных слоя с такой большой разницей температур между ними остаются стратифицированными. Нижняя холодная зона в озере называется гиполимнион. Верхняя теплая зона называется эпилимнион. Между этими зонами находится полоса быстрого изменения температуры, которая называется термоклин. В более холодный осенний сезон потери тепла на поверхности охлаждают и эпилимнион. Когда температура в двух зонах находится примерно равной, воды начинают снова перемешиваться, чтобы создать равномерную температуру, это событие называют переворотом озера. В зимнее время происходит обратная стратификация, воды вблизи поверхности охлаждаются, замерзают, а теплые, но плотные воды остаются вблизи дна. Устанавливается термоклин, и цикл повторяется (Браун, 1987, Бронмарк и Ханссон, 2005).

Рис. 1 Сезонная стратификация температуры в озерах

Ветер

В открытых системах ветер может создать турбулентные, спиральные поверхностные токи, называемые вращения Ленгмюра. Эти токи еще недостаточно хорошо изучены, но очевидно, что они включают в себя некоторое взаимодействие между горизонтальными поверхностными течениями и поверхностными гравитационными волнами. Видимым результатом этих вращений, который можно увидеть в любом озере, являются поверхность из линий, которые проходят параллельно направлению ветра. Плавучие частицы и мелкие организмы концентрируются во вспениваниях на поверхности, не плавучие объекты находятся в восходящем потоке между двумя вращениями. Объекты с нейтральной плавучестью, как правило, должны быть равномерно распределены в толще воды (Калфф, 2002; Бронмарк и Ханссон, 2005). Эта турбулентность перемешивает питательные вещества в толще воды, что делает её важным для многих пелагических видов, однако её влияние на донные и придонные организмы является минимальной (Калфф, 2002). Степень питательной циркуляции зависит от системы факторов, таких как сила и продолжительность ветра, а также глубины и производительности озера или бассейна.

Химия

Кислород необходим для дыхания организмов. Количество кислорода, присутствующего в стоячей воде, зависит от: 1) области прозрачной воды, имеющей доступ к воздуху, 2) циркуляции воды в системе и 3) количества кислорода, который образуется и используется организмами (Браун, 1987). В мелководных, богатых растительностью бассейнах могут быть большие колебания большой концентрации кислорода, происходящие из-за фотосинтеза в течение дня и очень низких его значений в ночь, когда дыхание является доминирующим процессом первичных производителей. Тепловое расслоение в больших системах также может влиять на количество кислорода, присутствующего в различных зонах. Эпилимнион является зоной, богатой кислородом, так как он быстро циркулирует, получая кислород из контакта с воздухом. Гиполимнион, в свою очередь, циркулирует очень медленно и не имеет атмосферного контакта. Кроме того, в гиполимнионе меньше зеленых растений, так что меньше кислорода высвобождается в результате фотосинтеза. Весной и осенью, когда эпилимнион и гиполимнион смешиваются, кислород распределяется более равномерно в системе (Браун, 1987). Низкий уровень кислорода характерен профундали из-за накопления разлагающихся растительности и животных остатков, которые падают «дождями» вниз из пелагических и бентальных зон и невозможности поддержки первичными производителями (Браун, 1987).

Фосфор важен для всех организмов, потому что это — компонент ДНК и РНК и вовлечен в метаболизм клетки как компонент ATP и АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ. Кроме того, фосфор в больших количествах не найден в пресноводных системах, ограничившись фотосинтезом в основных производителях, делая его главным детерминантом непроточного системного производства. Цикл фосфора сложен, но модель, обрисованная в общих чертах ниже, описывает основные положения. Фосфор, главным образом, входит в водоем или озеро через сток водораздела или атмосферным осаждением. После входа в систему реактивная форма фосфора обычно поднимается морскими водорослями и макрофитами, которые выпускают нереактивный состав фосфора как побочный продукт фотосинтеза. Этот фосфор может дрейфовать вниз и стать частью бентического или профундического осадка, или может быть повторно минерализован к реактивной форме микробами в водяном столбе. Точно так же нереактивный фосфор в осадке может быть повторно минерализован в реактивную форму (Бренмарк и Ханссон, 2005). Отложения обычно более богаты фосфором, чем вода озера, однако необходимо учитывать, что у этого питательного вещества может быть долгое время расположения там, прежде чем оно будет повторно минерализовано и введено в систему (Калфф, 2002).

Непроточная биотическая система

Бактерии

Бактерии присутствуют во всех областях непроточных вод. Свободно живущие формы находятся в разлагающихся органических материалах, биопленка на поверхностях скал и заводов подвешены в водяном столбе и в отложениях бентических и профундических зон. Также другие формы находятся в кишках непроточных животных как паразиты или в качестве сотрапезника. Бактерии играют важную роль в системном метаболизме посредством переработки питательных веществ, который обсужден в секции трофических отношений.

Первичные производители

Морские водоросли, включая фитопланктон и перифитон, являются основными фотосинтезаторами в водоемах и озерах. Многие разновидности имеют более высокую плотность, чем вода, что заставляет их снизиться и остаться в бентосе. Чтобы бороться с этим, фитопланктон разработал механизм изменения плотности путём формирования вакуоли и газовых пузырьков, или изменяя их форму, чтобы вызвать сопротивление, замедляя спуск. Очень сложная адаптация, используемая небольшим количеством разновидностей, является кнутом, подобным хвосту, который может установить вертикальное положение и позволить движение в любом направлении. Фитопланктон может также поддерживать своё присутствие в водяном столбе, будучи распространенным во вращениях Лангмюра. Морские водоросли перифит, с другой стороны, присоединены к основанию. В озерах и водоемах они могут покрыть все бентические поверхности. Оба типа планктона важны как источники пищи и как кислородные поставщики.

Водяные растения, живущие и в бентических, и в морских зонах могут быть сгруппированы согласно их манере роста: 1) всплывающий = прикрепленный к дну, но с листьями и цветами, расположенными на поверхности, 2) с плавающими листьями = прикрепленный к дну, но с плавающими листьями, 3) подводный = растущий ниже поверхности и 4) свободно плавающие макрофиты = не внедренные в основании и плавающие на поверхности. Эти различные формы макрофитов обычно находятся в различных областях бентической зоны вместе со всплывающей растительностью, близкой к береговой линии, тогда как макрофиты с листом плавания сопровождаются подводной растительностью. Свободное плавание макрофитов может происходить где угодно на поверхности системы.

Водяные растения более подвижны, чем их земные коллеги, потому что вода имеет более высокую плотность, чем воздух. Это делает структурную жесткость растений неважной в озерах и водоемах (кроме воздушных стеблей и листьев). Таким образом, листья и стебли большинства водяных растений используют меньше энергии, чтобы построить и поддерживать древесную ткань, вместо этого инвестируя избыток этой энергию в быстрый рост. Чтобы бороться с давлением, вызываемым ветром и волнами, растения должны быть и гибкими, и жесткими. Свет, глубина воды и типы основания — наиболее важные факторы, управляющие распространением затопленных водяных растений. Макрофиты — источники еды, кислорода и среда обитания в бентической зоне, но не могут проникнуть через глубины афотической зоны и, следовательно, не найдены там.

Беспозвоночные

Зоопланктон — крошечные животные, временно подвешенные в водяном столбе. Как фитопланктон, эти виды разработали механизмы, которые препятствуют их снижению в более глубокие воды, включая вызывающие сопротивление формы тела и активно щелкающие придатки, такие как антенны или шипы. Существование в водяном столбе может иметь преимущества с точки зрения питания, но в этой зоне отсутствуют листья зоопланктона refugia, уязвимого для хищничества. В ответ некоторые разновидности, особенно вид Дафний совершают ежедневные вертикальные миграции в водяном столбе, пассивно снижаясь к более темным, более низким глубинам в течение дня и активно двигаясь к поверхности в течение ночи. Кроме того, поскольку условия в непроточной системе могут быть довольно переменными в различные сезоны, зоопланктон имеет способность переключиться с откладывания обычных яиц к покоящимся яйцам, когда отсутствует еда, температура падает ниже 2 °C, или если высоко изобилие хищника. У этих покоящихся яиц есть состояние покоя или период дремоты, который позволяет зоопланктону дожидаться условий, которые более благоприятны для выживания, когда они наконец вылупятся. Беспозвоночные, которые населяют бентическую зону, преимущественно доминируют над маленькими разновидностями и являются видами, богатыми по сравнению с зоопланктоном открытой воды. Они включают Ракообразных (например, крабы, речной рак и креветки), моллюски (например, моллюски и улитки), и многочисленные типы насекомых. Эти организмы главным образом найдены в областях роста макрофитов, богатые ресурсами, очень насыщенная кислородом вода и самая теплая часть экосистемы. Структурно разные «кровати» макрофитов — важные места для накопления органического вещества, предоставляющие идеальную область для колонизации. Отложения и растения также предлагают большую защиту от хищных рыб.

Очень немного беспозвоночных в состоянии населять холодную, темную и бедную кислородом профундическую зону. Те, которые могут, часто красного цвета из-за присутствия больших количеств гемоглобина, который значительно увеличивает количество кислорода, который несут к клеткам. Поскольку концентрация кислорода в этой зоне низкая, большинство видов строит тоннели или занимает его у тех, кто может перетащить его сквозь толщу воды с минимальными потерями энергии.

Рыбы и другие позвоночные

У рыб есть диапазон физиологической терпимости, который зависит от того, к каким разновидностям они принадлежат. У них различные летальные температуры, требования растворенного кислорода и необходимость в метании икры, которые основаны на их уровнях, активности и поведении. Поскольку рыбы очень мобильны, они в состоянии менять неподходящие абиотические факторы в одной зоне, просто двигаясь к другой. Едок детрита в профундической зоне, например, который попал в пониженную концентрацию кислорода, может питаться ближе к бентической зоне. Рыба может также изменять своё место жительства во время различных периодов её жизненного цикла: вначале оседает в гнезде, затем перемещается в слабую бентическую зону, чтобы развиться в защищенной окружающей среде с пищевыми ресурсами, и, наконец, в морскую зону, как взрослый.

Также другие позвоночные таксоны населяют непроточные системы. Они включают амфибий (например, саламандры и лягушки), рептилий (например, змеи, черепахи и аллигаторы), и большое количество разновидностей водоплавающей птицы. Большинство этих позвоночных животных тратит часть своего времени в земных средах обитания, и, таким образом, непосредственно не затронуты абиотическими факторами в озере или водоеме. Многие виды рыбы важны как потребители и разновидности добычи более крупным (упомянутым выше) позвоночным животным.

Трофические взаимоотношения

Первичные производители

Непроточные системы получают большую часть своей энергии от фотосинтеза, который выполняется водяными растениями и морскими водорослями. Этот коренной процесс включает в себя комбинирование углекислого газа, воды и солнечной энергии, чтобы произвести углеводы и растворенный кислород. В озере или водоеме, потенциальный темп фотосинтеза обычно уменьшается с глубиной из-за ослабления интенсивности света. Однако фотосинтез часто протекает, главным образом, в нескольких миллиметрах от поверхности, вероятно, из-за препятствования ему ультрафиолетовыми лучами. Точная глубина и фотосинтетические темпы этой кривой — определенная система и зависит от: 1) всей биомассы фотосинтезирующих клеток, 2) количества материалов, уменьшающих лучи и 3) изобилия и частотного диапазона пигментов, абсорбирующих свет (т.е. хлорофиллы) в фотосинтезировании клеток. Энергия, созданная этими первичными производителями, важна для сообщества, потому что она передается более высоким трофическим уровням через потребление.

Источник