Меню

Биогенные вещества в озерах

Химический состав вод озер и водохранилищ

Химический состав озерных вод зави­сит от физико-географических условий, от состава вод впадающих рек, биологических процессов, протекающих в самом озере. Решающим фактором, определяющим химический состав воды, яв­ляется климат, создающий общий фон, на котором протекает большинство процессов, влияющих на состав воды. В последнее время большую роль в формировании химического состава воды играют антропогенные факторы.

Как и в реках, содержащиеся в озерной воде вещества, определяющие ее химический состав, можно разделить на несколько групп: ионы, соли, микроэлементы, растворенные газы, биогенные и органические вещества.

Соли, растворяясь в воде, формируют ее минерализацию. Минерализация озер, в отличие от рек, меняется в очень широких пределах и может достигать 300–350 г/кг — образуются рассолы, соле­ность которых может во много раз превышать соленость морской воды. К основ­ным ионам, преобладающим в озерной воде, относятся HCO , CO , SO , Сl — , Са 2+ , Mg 2+ , Na + , K + . Микроэлементы содержатся в воде в ничтожных количествах. Распределение ионов подчи­няется географической зональности и связано с ионным составом речных и подземных вод. Так, в зоне тундры Северной Америки и Евразии преобладают ионы кремния, в лесной зоне северного полушария – HCO , Са 2+ , в степной зоне – SO , HCO , Na + , в зоне полупустынь и пус­тынь – С1 — , в тропической зоне Южной Америки, Африки, юга Азии, се­вера Австралии – Si, HCO . Большим разнообразием ионного состава воды отличаются горные озера.

Одним из важнейших факторов накопления солей в озерной воде явля­ется наличие или отсутствие стока из озера. В сильно проточных озерах накопление солей незначительно, но по мере уменьшения стока из озера их количество возрастает и достигает некоторой предельной величины при равновесии прихода и расхода солей. Поэтому наибольшая минерали­зация воды отмечена в бессточных озерах, в которых аккумулируются все приносимые в них соли. Поступление, расходование и аккумуляция солей определяются солевым балансом, который полностью зависит от водного.

По степени солености воды водоемов делятся на четыре группы:

1. Пресные, с минерализацией до 1 ‰ (предел вкусового ощущения).

2. Со­лоноватые – от 1,0 до 24,7 ‰ (точка совпадения температуры наиболь­шей плотности и температуры замерзания воды).

3. Соленые – от 24,7 до 47 ‰ (наибольшая соленость Мирового океана).

4. Соляные или минераль­ные – более 47 ‰.

Подавляющая часть озер по составу – гидрокарбонатно-кальциевые. К ним относятся: Ладожское, Онежское, Байкал, Мичиган, Гурон, Эри, Виктория. При возрастании минерализации озера переходят в класс суль­фатных и натриевых (Балхаш, Иссык-Куль, Большое Соленое, Тана). Так как минерализация во многом определяется интенсивностью водообмена, то в речных водохранилищах в зоне избыточного и достаточного увлажнения минерализация воды мало отличается от минерализации воды в реках. В зоне недостаточного увлажнения минерализация воды в водохранилище и в реках может раз­личаться.

Растворенные в воде газы делятся на аллохтонные и автохтонные. К аллохтонным относятся газы, поступающие в воду из атмосферы. Это пре­жде всего О 2, N 2, СО 2. К автохтонным относятся газы, образующиеся не­посредственно в водной массе или в донных отложениях. Это также О 2, СО 2, а в илах содер­жатся сероводород (H 2S), метан (СН 4), водород (Н 2), и др., образующиеся при разложении остатков организмов.

Наиболее важным газом в жизни озера является кислород, определяю­щий окислительные процессы в толще воды и донных отложениях. Так как большая часть кислорода попадает в озеро из воздуха, то наиболее обогащен­ными кислородом являются верхние слои воды, а потребле­ние его происходит во всей толще воды и особенно в донных отложениях. Поэтому обычно наблюдается уменьшение О 2 с глубиной. Обратная картина имеет место в распределении СО 2. Однако особенности строения котловины, величина внешнего водообмена, тол­щина и состав иловых отложений создают условия, при которых распределение О 2 по глубине отклоня­ется от нормального. Например, в больших и глубоких холодных озерах, где биологические процессы не интенсивны, количество и распре­деление О 2 зависит от температуры воды и вида стратификации. Поэтому наибольшее его содержание наблюдается зимой, наименьшее — летом; зимой содержание О 2 с глубиной уменьшается, летом — увеличивается. В неглубоких озерах с интенсивными биологическими процессами влияние температуры воды на количество и распределение кислорода резко снижа­ется и главным фактором становится интенсивность окис­лительных процессов. В этом случае наблюдается уменьшение кислорода ко дну. Содержание же СО 2 с глубиной увеличивается. Зимой при нали­чии ледяного покрова и, следовательно, отсутствии поступления О 2 из воздуха расход кислорода настолько велик, что часто наблюдается его по­лное отсутствие. Распределение по глубине кислорода и углекислого газа выравнивается весной и осенью из-за конвекции.

Распределение автохтонных газов также доста­точно сложно. Например, в озерах с большим содержанием кислорода по­явление СН 4, H 2S, как правило, не наблюдается. В озерах с интенсивными биологическими процессами, где кислород в глубинные слои проникает лишь в периоды весенней и осенней циркуляции, а в период стагнации отсутствует, создаются анаэробные условия, способ­ствующие появлению автохтонных газов, образовавшихся в илах тех же СН 4, H 2S, H 2 и др.

Таким образом, распределение растворенных в воде газов зависит от климата (погоды), особенностей строения котловин и сезона. С режимом растворенных газов связано углекислотное равновесие, или активная реакция воды (рН). Величина рН зависит от содержания СО 2 и изменяется от 1,5–2,0 до 10–11, от наиболее кислой до наиболее ще­лочной реакции. Величина рН изменяется по сезонам и в то же время на­блюдается определенная ее зональность.

Биогенные и органические вещества , как и газы, могут быть автохтон­ными и аллохтонными. Их количество и состав также определяются кли­матом, физико-географическими условиями, морфологическими особен­ностями котловин, которые в свою очередь определяют ионный состав воды, биологическую продуктивность, состав биогенных и органических веществ, вносимых в водоем притоками. К биогенным элементам относят­ся соединения азота (NH 4, NO 3, NO 2), фосфора (Р), содержащегося в виде растворенных соединений и в виде взвешенных частиц; соединения крем­ния, железа и др. Биогенным веществам принадлежит исключительная роль во всех биологических процессах, происходящих в водоемах. В процессе развития фитопланктона, высшей водной растительности, ихтиофауны, связанном с этими вещес­твами, происходит круговорот вещества, так как, отмирая, эти биологи­ческие виды вновь переходят в различные растворенные формы биогенов. Органические вещества состоят главным образом из аллохтонных гуминовых соединений, автохтонных образований при фотосинтетической деятельности. Все органические вещества, находящиеся в водоеме, также подвергаются разрушениям и минерализации, удаляются из него и оседа­ют на дне, где также подвергаются разнообразным превращениям.

Распределение биогенных и органических веществ в водоемах подчи­няется определенным закономерностям. В водоемах зоны избыточного увлажнения (тундра, лес), в условиях относительно низких температур, содержание органического вещества аллохтонного происхождения во много раз превосходит содержание автохтонного вещества. Вода прито­ков имеет слабую минерализацию, содержит большое количество гумусо­вых соединений и мало биогенных, так как их бассейны часто сильно забо­лочены. В самом водоеме планктон развит слабо из-за наличия гумуса и низких рН. Так же слаб фотосинтез. Все это приводит к невысокой продуктивности органического вещества в водоеме.

В условиях более высоких температур в водоемах лесной и лесостеп­ной зон значительно благоприятнее условия для образования планктона, притоки богаты биогенными и минеральными веществами и бедны гуму­сом. В таких озерах вода обогащена различными растворенными соедине­ниями органического происхождения. Озера, расположенные в горной местности, содержат мало растворен­ных органических веществ, биологические процессы здесь протекают не интенсивно. В условиях аридного климата преобладают бессточные или периоди­чески сточные минерализованные озера. Эти типы озер бедны раститель­ностью, а количество биогенных и органических веществ, поступающих с бассейнов, зависит от особенностей их расположения.

Источник

Гидробиологический состав озёр

Гидробиологический состав озёр, состояние озерного биоценоза. Динамика и эволюция экосистемы любого озера зависят от интенсивности оборота биогенных веществ, соотношения процессов продукции и деструкции органич. вещества, определяющего трофич. условия водоема. По уровню развития гидробиоценоза озера традиционно подразделяют на 4 осн. типа — олиготрофный, мезотрофный, эвтрофный, дистрофный, внутри к-рых выделяют подтипы. Характер процессов в озерной экосистеме во мн. определяется местоположением и размерами озера, прозрачностью воды, степ. его проточности, количеств. и качеств. особенностями стока с водосбора. В Челябинской обл. распространены озёра всех 4 осн. типов. Естеств. процесс развития озерных экосистем на Южном Урале идет в сторону возрастания кормовых возможностей водоема; происходит т. н. эвтрофикация, интенсивность к-рой во мн. раз увеличивается в результате антропогенного воздействия (см. Эвтрофирование озёр).

Олиготрофные (малокормные) озера — это глубокие водоемы с чистой, относительно холодной, прозрачной (более 6 м в летнее время) водой, малым содержанием биогенных веществ. Они имеют низкую минерализацию (до 250 мг/л), высокое содержание кислорода в воде (не менее 6 мг/л) в течении всего года. Заросли высшей водной растительности редки, преим. отмечаются на мелководье. Биомасса фитопланктона не превышает 1 г/м 3 ; «цветения» воды не наблюдается. Олиготрофные озера распространены в пределах предгорий и межгорных долин. Еще недавно к их числу на территории Челябинской обл. относилось 5—6 озер, в настоящее время таковым можно считать только оз. Тургояк.

Мезотрофные (среднекормные) озера — водоемы с более прогреваемыми водами; прозрачность воды в летнее время 3,5—6 м, минерализация 200— 450 мг/л. В период летней стратификации, как правило, наблюдается дефицит раствор. кислорода в придонных горизонтах. Биомасса фитопланктона увеличивается до 4—6 г/м 3 , возможно «цветение» воды. Биомасса высшей водной растительности составляет 30—200 г/м 3 . Биомасса ихтиофауны в 3—5 раз выше, чем в олиготрофных озерах. В Челябинской обл. озера этого типа распространены преим. в лесной зоне (Большое Миассово, Еловое, Иртяш, Иткуль и др.).

В эвтрофных (многокормных) озерах прозрачность воды в зависимости от подтипа изменяется от 3,0 (слабоэвтрофные) до 0,12 (гипертрофные) м. Минерализация колеблется в широких пределах: от 300 мг/л до 10—20 г/л. Распространена высшая водная растительность, характерны биогенные тростниково-камышовые берега. Отличит. признаком является высокая биомасса фитопланктона (в июле — авг. св. 10 г/м 3 ); характерно «цветение» воды; на мелководных озерах часты заморные явления. Биомасса высшей водной растительности достигает значений 200—800 (до 1700) г/м 3 . Такие озера распространены на Заурал. всхолмл. равнине, на Зап.-Сиб. низм., в зоне лесостепи и сев. степи (Аргаяш, Калды, Касарги, Мисяш, Сугояк, Тишки, Уелги и др.).

Дистрофные (недостаточно кормные) озера, как правило, расположены на заболоч. терр. Цвет воды коричневатый. Видовое разнообразие и биомасса гидробиоценоза значит.ниже, чем у озер др. трофич. типов (биомасса фитопланктона всего 0,05 г/м 3 , зоопланктона — от 0,05 до 0,5—0,7 г/м 3 ). В таких озерах молодь рыб испытывает дефицит пищи, поэтому растет медленно. Рыб, питающихся зообентосом, почти нет. Дистрофные озера практически не имеют хоз. значения из-за низкого качества воды, обогащ. органич. к-тами (Большой Сарыкуль, Камышное, Куракли-Маян, Малый Сарыкуль, Маян, Сыкандык). Кол-во дистрофных озер на территории Челябинской обл. не превышает 1—2% от общего числа. В озерах горно-лесной зоны видовое разнообразие гидробионтов выше, чем в озерах лесостепной и степной зон. Так, в горнолесных озерах общее кол-во изуч. видов высшей водной растительности достигает 67, в озерах лесостепной зоны обнаружено только 32 вида. Эта особенность озерных биоценозов обусловлена меньшей минерализацией вод лесных озер по сравнению со степными и лесостепными, большим разнообразием экол. ниш лесных озер, в осн. более глубоких и имеющих сложный рельеф дна.

Источник

Поступление биогенных веществ в озера и его возможные последствия

В. Президиуме Академии наук СССР 31

доктор географических наук

И ЕГО ВОЗМОЖНЫЕ

Среди биогенных элементов, поступающих в во­доемы, особое место занимают соединения фосфора. Как известно, этот элемент, определяющий развитие живых организмов, один из самых де­фицитных в природе.

В естественных условиях фосфор поступает в континентальные водое­мы путем вымывания водорастворимых фосфатов из горных пород. За счет естественных процессов водоемы ежегодно получают около 3 млн. т фосфора. В озерах биогенные элементы ассимилируются водными орга­низмами, и уровень биопродуктивности водоемов зависит как от общего количества этих веществ, так и от соотношения их концентраций в вод­ной толще. Активно включаясь во внутриводоемный круговорот, биоген­ные элементы накапливаются в донных отложениях. Наиболее интенсив­но в озерах аккумулируются соединения фосфора.1 Естественная аккуму­ляция фосфора в водоемах является одной из основных причин незамк­нутости его баланса в биосфере.

Читайте также:  Медвежьи озера фрязино московская область

За последние 40—45 лет интенсивное развитие народного хозяйства усилило влияние хозяйственной деятельности на окружающую среду и существенно изменило величину и соотношение составляющих баланса фосфора и других биогенных элементов как в наземных, так и в водных экосистемах.

Большие запасы пресной воды в озерах и озерных системах позволи­ли развить в их регионах водоемкие отрасли промышленности (напри­мер, целлюлозно-бумажную) и использовать озера в качестве приемников сточных вод различного происхождения. Увеличился сток биогенных эле­ментов и с сельскохозяйственных угодий. Все это привело к тому, что ка­чество воды во многих озерах ныне определяется не столько совокуп­ностью природных факторов, сколько характером и интенсивностью хо­зяйственного воздействия.

Избыточные поступления биогенных веществ, изменяющих естествен­ные условия формирования озерных вод, связаны в основном с такими

1 См.: Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. Л.: Наука, 1970; Азот и фосфор в донных отложениях озер и водо­хранилищ. М.: Наука, 1984.

В Президиуме Академии наук СССР 32

видами хозяйственной деятельности, как земледелие (распашка водосбо­ров, смыв и потери минеральных и органических удобрений), мелиорация (ускоренный сток с водосбора и вынос содержащихся в почве биогенных веществ), сбросы сточных вод от объектов промышленности, животновод­ства и коммунального хозяйства. Земледелие и мелиорация оказывают влияние на всю или большую часть водосборной площади и само озеро (особенно малое озеро), а сбросы сточных вод при условии динамиче­ского переноса и перемешивания также могут распространить свое влия­ние на весь водоем.

Весьма существенное воздействие оказывает и атмосферный перенос веществ. Так, в Карелии в годовом балансе биогенных веществ, посту­пающих в озеро площадью 10 км 2, на атмосферную составляющую при­ходится 14% минерального фосфора и более 40% азота2.

В результате антропогенного воздействия за последние 40 лет на пла­нете вынос фосфора и поступление его в воду увеличилось в 3,6 раза и достигло 10,7 млн. т в год. Из ежегодной мировой добычи минераль-

2 См.: С, Поступление в озера Южной Карелии биогенных элементов с атмосферными осадками и с различных по характеру водосборов.- В кн.: Антропогенное эвтрофирование природных вод. Тезисы докла­дов. М., 1983, с. 177-178.

Поступление биогенных веществ в озера

2 Вестник АН СССР, JVi 4

В Президиуме Академии наук СССР

ного фосфора, составляющей 16—17 млн. т, 60—70% в конечном итоге попадает в водоемы и океан. При этом в водной массе аккумулируется около 10%, а в донных отложениях до 60% соединений фосфора. В круп­ных водных системах отдельных морей задерживается от 90 до 95% фос­фора, поступающего в воду. Согласно обобщенной оценке мировых дан­ных, в 1980 г. из 10,7 млн. т поступающего в воду фосфора 25% давали промышленность и сельскохозяйственные угодья, 34% животноводство и 16% коммунальные стоки городов и поселков (рис. 1). Следует отметить, что по сравнению с 1940 г. поступление от промышленности возросло в девять раз, от земледелия в 2,2 раза, от коммунального хозяйства и жи­вотноводства более чем в пять раз.

Если детально рассматривать только сельскохозяйственное производ­ство, включая животноводство, то в 1980 г. в результате полеводства с применением удобрений в воду поступило 13%, а из-за нерационального использования и плохого хранения удобрений — 16% фосфора. Поступ­ление фосфора с лугов и сенокосов составляло 11%, от животноводст­ва—60% (рис. 2). Согласно оценке Совета по водным ресурсам США, в результате сельскохозяйственного производства в поверхностные воды страны поступает 66% всего фосфора, 75% азота и 33% всех органиче­ских веществ 3.

Как уже было сказано, в озерах задерживается более 60% соедине­ний фосфора, попадающих в воду. Резкое увеличение фосфорной нагруз­ки для ряда озер может рассматриваться как биогенное «загрязнение». Дело в том, что избыточное поступление фосфора активизирует исполь­зование водными растениями других биогенных элементов, способствуя интенсификации процессов эвтрофирования — бурному развитию водорос­лей и «цветению» воды. Численность и биомасса водорослей возрастают преимущественно за счет синезеленых водорослей, в результате чего на­блюдается общее упрощение видового состава экосистемы. Положитель­ная роль водорослей в самоочищении воды и насыщении ее кислородом сменяется на отрицательную, поскольку накапливается огромное количе­ство органического вещества и уменьшается содеря^ание растворенного кислорода в глубинных слоях (ниже слоя ветрового перемешивания), где развиваются анаэробные процессы с образованием сероводорода. Упро­щение видового состава и рост биомассы фитопланктона влечет за собой изменение численности и видового состава других элементов экосисте­мы — зоопланктона, бентоса и рыб. «Цветение» на поверхности и разви­тие обильной бактериальной флоры в придонных слоях приводит к ухуд­шению качества воды. Все это нарушает связи между элементами вод­ных экосистем, делает их нестабильными. Таковы в общих чертах изменения в экосистемах водоемов, связанные с избыточным поступле­нием биогенных элементов.

В бассейнах малых озер биогенное загрязнение чаще всего обусловле­но интенсификацией животноводства, земледелия, распашкой и мелиора­цией земель. Так, для озер с распаханным наполовину водосбором отме­чен существенный (в 4—20 раз) рост биогенной нагрузки, а также увеличение в пять-шесть раз продукции и биомассы планктона и в три раза растворенного органического вещества 4. Это свидетельствует о том, что хозяйственная деятельность на водосборах озер быстро приводит к повышению их трофического уровня.

К сояилению, почти нет материалов, позволяющих оценивать всю по­следовательность изменения экосистемы водоема под влиянием поступ-

3 См.: Споры о будущем. Окружающая среда. М.: Мысль, 1983.

4 См.: Антропогенное воздействие на малые озера. Л.: Наука, 1980.

Поступление биогенных веществ в озера 35

ления биогенных веществ. Мы имеем лишь возможность сопоставить со­стояние отдельных водоемов, степень хозяйственного воздействия на ко­торые различная. Такое сопоставление выполнено сотрудниками Института озероведения АН СССР на основе исследования шести малых озер восточной Латвии. Как видно из таблицы, на величину биогенной нагрузки оказывают влияние различные природные и антропогенные фак­торы: количество биогенных элементов, содержащихся в почве водосбо­ра, характер почв, определяющий возможный смыв этих веществ, и сте­пень распашки водосбора, от которой зависит вынос биогенных элемен-

В Президиуме Академии наук СССР 36

тов с поверхностным стоком. Внесение минеральных удобрений увеличивает содержание водорастворимых соединений фосфора и его концентрацию в поверхностном стоке. В пахотных почвах содержится бо­лее 60% водорастворимого фосфора в минеральной форме. Это способст­вует повышению концентрации фосфора в воде и его накоплению в озе­рах. По величине биогенной нагрузки из рассмотренных шести озер одно относится к эвтрофным, другое — к зарастающим, а остальные к ме-зотрофным водоемам. Подобная оценка подтверждается и гидробиологи­ческими показателями. Так, во всех озерах сравнительно беден видовой состав организмов. Достаточно сильно отличаются удельная биомасса различных организмов и количество автохтонного органического вещест­ва в мезотрофных и эвтрофных водоемах. И наконец, как следствие раз­личной трофности озер отмечено резкое (в 3,7—27,5 раз) снижение со­держания растворенного кислорода в металимнионе эвтрофных озер по сравнению с мезотрофными 5.

Предварительная статистическая обработка результатов изучения озер Северо-Западного региона нашей страны позволила выявить основные причины их различной трофности. Из 68 обследованных здесь озер 65% испытывали сильное или очень сильное антропогенное воздействие, обус­ловленное земледелием, животноводством, коммунальным хозяйством и промышленностью. Степень этого воздействия достаточно хорошо согла­суется с различным уровнем трофности озер.

Хозяйственная деятельность оказывает существенное влияние и на режим крупных озер. Так, длительная и интенсивная хозяйственная деятельность в бассейнах озер Чудско-Псковского и Ильмень изменила все элементы экосистемы этих водоемов. Из олиготрофных они давно пре­вратились в мезотрофные, а в отдельных местах — в эвтрофные, что преж­де всего связано с увеличением фосфорной нагрузки и соответствующим ростом биомассы фитопланктона, зоопланктона и зообентоса, а также раз­витием макрофитов. В таких крупных мелководных озерах, как Ильмень, поддержанию высоких концентраций биогенных веществ способствует поступление их в воду из донных отложений при взмучивании последних ветровым волнением. Дальнейшее развитие хозяйственной деятельности в бассейнах этих озер не должно приводить к росту фосфорной нагрузки, в противном случае озера окончательно перейдут в эвтрофное состояние.

Последовательные изменения в экосистеме крупного озера, обуслов­ленные влиянием хозяйственной деятельности и, в первую очередь, уве­личением фосфорной нагрузки, хорошо видны на примере Ладожского озера. С середины 60-х годов и по настоящее время в нем происходит процесс антропогенного эвтрофирования6. Увеличение поступления фос­фора (примерно в три раза по сравнению с естественным) привело к перестройке экосистемы озера. По отношению к 60-м годам возросла численность и биомасса фитопланктона в четыре-пять раз, если сравни­вать средние показатели, и в 20—30 раз, если — максимальные. Одно­временно менялся видовой состав водорослей за счет интенсивного раз­вития синезеленых, которые ухудшают качество воды. Максимальное раз­витие фитопланктона было отмечено в 1978 г. В настоящее время прирост численности фитопланктона замедлился, что, по-видимому, сви­детельствует о некоторой стабилизации сообщества водорослей на более высоком трофическом уровне. Интенсивное развитие фитопланктона способствовало резкому увеличению численности и биомассы зоопланкто-

5 См.: Изменения в системе «водосбор — озеро» под влиянием антропогенного
фактора. Л.: Наука, 1983.

6 См.: Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера. Л.: Наука, 1982.

Поступление биогенных веществ в озера

на (примерно в 1,5 раза) и зообентоса (в отдельных районах в 2—3 ра­за) . Однако роль зоопланктона в утилизации органического вещества фитопланктона существенно снизилась из-за более высокой продуктив­ности последнего, что соответственно привело к нарушению баланса этих элементов экосистемы. Увеличение количества автохтонного орга­нического вещества вызвало быстрый рост и других его потребителей — зообентоса, водных грибов, бактериопланктона и бактериобентоса. В последние годы процесс бактериальной деструкции усилился и были отмечены резкие сезонные колебания содержания органического вещест­ва в воде Ладожского озера, характерные для дестабилизированной экосистемы. Одновременно в отдельных частях озера летом зафиксирова­но снижение содержания растворенного кислорода в придонных слоях (до 70%-ного насыщения), а средняя концентрация кислорода в озере уменьшилась по сравнению с 1976—1979 гг. на 15% (от 13,5 до 11,5 мг/л).

Все это свидетельствует о том, что элементы экосистемы крупного озера реагируют на избыточное поступление фосфора с запаздыванием во времени для каждого следующего трофического элемента экосисте­мы. Сейчас в Ладожском озере, наряду с некоторой стабилизацией раз­вития фитопланктона, продолжаются изменения в зоопланктоне, зообен-тосе и ихтиофауне.

Особенно неблагоприятное воздействие на экосистемы озер оказывают сбросы сточных вод, в частности, стоки целлюлозно-бумажных предприя­тий. В них содержится много органических веществ, на окисление кото­рых расходуется большое количество кислорода. Кроме того, труднораз-лагаемые органические вещества этих стоков способны накапливаться в придонных слоях воды и длительно воздействовать на окружающие вод­ные массы.

Таким образом, в результате поступления биогенных и загрязняющих веществ нарушается сбалансированность озерных экосистем и равнове­сие между формированием и распадом органического вещества, а также меяеду выделением кислорода при фотосинтезе и его потреблением при окислении органического вещества. Повышение биогенной нагрузки на водоемы — глобальный процесс, отмеченный в нашей стране в бассейнах Балтийского, Черного и Каспийского морей. В связи с его неблагоприят­ными последствиями для озер и других внутренних водоемов возникает необходимость оценить критические и допустимые величины поступле­ния в воду биогенных элементов и, прежде всего, фосфора. Это позво­лит регламентировать снижение фосфорной нагрузки на водоемы и по­дойти к решению проблемы управления потоками биогенных веществ в отдельных бассейнах, повысив одновременно степень использования этих ценных элементов. Опыт целенаправленного воздействия на потоки фос­фора в пределах крупного Ладожского бассейна открывает перспективы управления фосфорной нагрузкой на водоемы значительных регионов, а впоследствии — и для страны в целом.

Создание теоретических основ такого управления — одна из основных задач современной лимнологии, решение которой обеспечит поддержание рационального уровня трофии водных объектов в будущем.

Обсуждение научного сообщения и открыл академик . Он подчеркнул, что биогенное загрязнение водоемов связано прежде всего с сельским хозяйством. А самый опасный источник загрязнения — крупные животноводческие фермы. В результате биогенного загрязнения нарушается тот кругооборот элементов (в первую очередь фосфора, углерода, азота), который

В Президиуме Академии наук СССР

до интенсивного вмешательства человека в природу был уравновешенным процессом и составлял ее основу. Процесс биогенного загрязнения, по мнению , будет развиваться неуклонно, если человек сам не поймет всю опасность своей дея­тельности. Старые способы, которые были в распоряжении традиционного сельского хозяйства, уже не могут предотвратить биогенное загрязнение, и естественно, нужно прибегать к помощи современной науки. Проблема биогаза не столько энергетиче­ская, сколько экологическая. Использование современной микробиологией процесса анаэробного брожения позволит сократить поступление в пресные водоемы стоков ашвотноводческих ферм и превратить их отходы в удобрения.

Читайте также:  Дом у озера сутки

Академик также считает, что все крупные животноводческие фермы должны быть оборудованы установками, которые бы улавливали отходы и возвращали их на поля в виде удобрений. Загрязнения от целлюлозно-бумажных предприятий, по словам , не существенны, поскольку большин­ство из них имеет эффективное оборудование для очистки сточных вод.

Однако, как заметил академик Г. К. Скрябин, переработка отходов свиноводче­ских ферм — сложнейший вопрос, решение которого требует огромных средств и усилий. Он также обратил внимание собравшихся на то, что отходы целлюлозно-бу­мажных предприятий все же пагубно сказываются на качестве озерной воды, не­смотря на строительство очистных сооружений на многих из них.

О важности регулярных наблюдений за качеством питьевой воды, получаемой из озер, говорил в своем выступлении академик А. Л. Яншин.

Бреховских отметил актуальность работ Института озероведе­ния АН СССР, а также конструктивный подход его сотрудников к проблеме охраны озер. Сотрудники института не просто сигнализируют об опасности биогенного за­грязнения, они принимают меры к тому, чтобы уменьшить эту опасность.

Завершая обсуждение, президент АН СССР академик подчерк­нул, что из интересного научного сообщения и следуют некоторые практические выводы. Во-первых, Институту озероведения АН СССР необходимо продолжить регулярные наблюдения за качеством питьевой воды в Ленинграде, тем более, что там возводится защитная плотина, которая затруднит циркуляцию воды в Невской губе. Во-вторых, нужно расширять наблюдения за со­ставом воды в озерах Ладожское, Онежское и других, на берегах которых возведены промышленные предприятия, особенно целлюлозно-бумажные комбинаты. Важно еще раз проверить, полностью ли эффективны защитные меры, предпринятые на целлюлозно-бумажных комбинатах. В-третьих, необходимо настоять на том, чтобы при строительстве крупных свиноводческих комплексов их оборудовали бы биогазо­выми установками, перерабатывающими отходы в удобрения.

Источник

Принципы функционирования озер и озерных экосистем

Виктор Бугаев ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ОЗЕР И ОЗЕРНЫХ ЭКОСИСТЕМ

1. Некоторые физические процессы, формирующие структуру вод в озерах

Многие современные методы исследования и моделирования рассматривают озеро как простой «черный ящик» или «хорошо перемешиваемый реактор», где, в процессе исследования, ученые изучают зависимости между биохимическими процессами и физической стратификацией (слоистым строением) в них (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

Пресная вода — уникальное вещество. Наибольшую плотность она имеет при 4оС, что предохраняет от промерзания даже относительно неглубокие водоемы, так как более холодная вода и образующийся затем лед имеют меньшую плотность и «плавают» на поверхности. Такая связь плотности и температуры воды обусловлена особенностями ее молекулярного строения. В результате формируется термически стратифицированный водоем как летом, так и (возможно) зимой (обратная стратификация).

Стратификация озер имеет сезонный цикл. Весной и летом, с повышением температуры воздуха, происходит прогревание озер. При этом поверхностные слои получают больше тепла, чем глубинные. Так как в итоге данного процесса воды поверхностного слоя становятся менее плотными и менее стабильными, возникает стратификация толщи воды. Поскольку весной и летом указанный процесс развивается, глубина прогретого слоя увеличивается; этому способствует конвективное турбулентное перемешивание и молекулярная теплопроводность, ветровое перемешивание и увеличивающиеся температуры воздуха. Образованный таким образом слой называется эпилимнионом, глубина его редко превышает 25 м. В пределах эпилимниона ветровое и конвективное перемешивание распределяет тепло по всей глубине, создавая относительно изотермические условия. По этим причинам эпилимнион часто называют слоем перемешивания (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990) .

Ниже эпилимниона температура воды быстро снижается, потому что нижние слои получают значительно меньше солнечного тепла и не подвержены ветровому перемешиванию. Эта область резкого снижения температуры, расположенная над гиполимнионом, называется металимнионом (термоклин — приурочен к глубине, на которой отмечаются наибольшие изменения температуры).

Гиполимнион — включает самые холодные воды и является относительно изотермичным. В этой области температурные изменения в течение всего года минимальны, течения отсутствуют. Термоклин (его толщина обычно 2–5 м) является эффективным барьером для перемешивания вод между эпи– и гиполимнионом из–за резких градиентов температуры. В итоге, озеро в целом представляет собой динамически устойчивую систему.

Осенью, когда температура воздуха снижается, озеро начинает отдавать тепло в атмосферу. При выхолаживании плотность верхних слоев возрастает, и они перемещаются через эпилимнион до глубины равновесия. Неустойчивость такого типа является причиной возникновения течений, которые в конце концов разрушают термоклин и приводят к изотермическим условиям в озере. Следствием этого «переворота» является чрезмерное помутнение воды, вызванное взмучиванием донных отложений, а также увеличение доступности биогенных веществ в эвфотической зоне (в ней интенсивность фотосинтеза превосходит интенсивность дыхания растений); глубина данной зоны (толщина слоя) в разных типах водоемов имеет свои специфические параметры.

В некоторых мелких озерах эпилимнион может быть полностью замещен гиполимнионом (или наоборот), так что озеро становится относительно однородным в течение всего года — наблюдается гомотермия. В таких озерах продолжается непрерывное перемешивание, вызываемое конвекцией и турбулентностью, индуцируемой ветровым воздействием, способствует продолжительной замутненности воды (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

После того, как достигается однородный профиль температуры, озеро продолжает охлаждаться и конвективные течения достигают дна. Однородность, таким образом, устанавливается и поддерживается до тех пор, пока не будет достигнута температура максимальной плотности воды (отмеченное явление никогда не происходит в озерах, расположенных в теплых климатических зонах). Если температура вод поверхностного слоя ниже 4оС, то аномальные вариации плотности воды от температуры предопределяет, что эти более холодные воды станут менее плотными, приводя к увеличению стабильности, при которой температурный профиль показывает обратную стратификацию. Воды поверхностного слоя в конце концов замерзнут. Однако вследствие того, что этот более холодный слой расположен на поверхности, нижележащие слои будут иметь температуру около 4оС и не замерзнут. Таким образом озеро приобретает ледяной покров. Он образуется только тогда, когда вода озера, промерзающего до определенной глубины, потеряет достаточно тепла. Лед эффективно защищает водные массы от ветрового перемешивания.

Весной, когда количество тепла увеличивается, лед тает (если он был, конечно). Поскольку поверхность озера нагревается, вновь возникает неустойчивый профиль температуры, однако последующие весенние конвективные движения проникают на меньшую по сравнению с осенью глубину. Спустя некоторое время, в период, примерно соответствующий весеннему равноденствию, водные массы вновь становятся однородными по температуре. Этому моменту соответствует последний этап полного годового цикла стратификации (Чеботарев, 1955; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).
Озера, где наблюдаются осенние и весенние конвективные перемешивания вод называются димиктичными. Озера, где отмечается только весеннее перемешивание вод и температура воды никогда не превышает 4оС, называют холодными мономиктичными (в теплых климатических зонах, где вода всегда превышает 4оС — озера являются теплыми мономиктичными).

Перемешивание вод в озерах является, таким образом, функцией (следствием) места их расположения. В тропической и экваториальной областях, где поступление солнечного тепла почти не изменяется в течение года, гиполимнион редко намного холоднее эпилимниона; поэтому даже небольшое выхолаживание вызывает конвективные движения воды из–за слабовыраженного термоклина. Такие озера называют полимиктичными (перемешивание вод здесь часто является результатом сильных ветров и небольших сезонных изменений температуры воздуха). Есть и другие типы озер (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990), которые не приводим и не рассматриваем.

2. Основные источники поступления биогенов в озера

Пресные озера (водохранилища) содержат 0,009% мировых запасов воды и 1,4% запасов пресной воды. В последние столетия, пресноводные озера и водохранилища деградируют и исчезают со все более увеличивающейся скоростью. Деятельность человека и его пассивность — главные причины быстрой деградации водоемов. Начиная с 1960–х годов взгляды человека на отношение к окружающей природной среде постепенно меняются. Сейчас уже признается всеми, что природные ресурсы истощаемы и их необходимо оберегать от чрезмерной эксплуатации.

Все озера по их состоянию воды, флоры и фауны подразделяются на несколько групп: олиготрофные, мезотрофные, эвтрофные и другие (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999). Но следует иметь ввиду, что эта классификация является одновременно и субъективной и относительной, поскольку категория «трофность» включает локальные требования и отражает различие озер в относительно небольших регионах (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990).

Главная проблема озер — эвтрофирование. Это повышение уровня первичной продукции за счет увеличения поступления биогенных веществ, главным образом азота и фосфора. Переход водоемов от олиготрофного состояния через мезотрофное в эвтрофное связан с накоплением в них донных отложений и уменьшением водной толщи, в которой при прежней скорости поступления биогенов увеличивается их концентрация. Различают естественное (длится тысячелетиями и, даже, геологическими периодами) и антропогенное эвтрофирование, которое может происходить очень быстро, особенно в водоемах с замедленным стоком.

По существу, эвтрофирование — это термин, означающий старение озера. «Молодое» озеро — олиготрофное, содержит небольшое количество биогенных веществ, которое способно поддерживать только низкий уровень биомассы. Природные процессы, такие, как ветровая эрозия или вымывание дождевыми водами, обеспечивают вынос биогенных веществ в водную среду, что поддерживает развитие растений и животных.

Поступление биогенных веществ в водоем всегда превышает их потери из него, что приводит к «чистому» накоплению этих веществ в водоеме. В нем начинается образование осадков, обычно со средней скоростью 0,2–2,0 мм/год и более. По мере развития осадконакопления глубина озера уменьшается и корневая (литоральная) растительность начинает вторгаться на ранее открытые участки водной поверхности. Озеро проходит через среднюю стадию — становится мезотрофным и в конце концов становится «старым» водоемом, который называют эвтрофным. В геологическом смысле подобное озеро вскоре исчезнет.
В проточных (реках, ручьях) и слабопроточных водоемах с замедленным стоком (озера, водохранилища, пруды, внутренние моря) скорость поступления биогенных веществ может превышать скорость их разложения в результате дополнительного антропогенного поступления, приводя к эвтрофированию и увеличению биомассы.

Большая часть биогенных веществ поступает в озеро с поверхностным и подземными стоками (реки, ручьи, ключи и т. д.), а остальная часть — непосредственно с осадками и выпадением различных частиц из атмосферы. Поэтому важно понять взаимодействие между водой и биогенными веществами на водосборных территориях. Доступность биогенных веществ в озерах и их потребление регулируется некоторыми гидрологическими процессами, а также биологическими факторами (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

В экосистеме, лимитированной по фосфору, снижение его концентрации приводит к ограничению роста растений и водорослей. В таких условиях процесс эвтрофикации замедляется и даже становится обратимым.

Системы, лимитированные по азоту, часто представляют собой более серьезную проблему в сравнении с водоемами, лимитируемыми по фосфору, поскольку источники этого биогенного элемента труднее контролировать.
Присутствие в воде озер кремния вызывает особый интерес, так как он необходим для развития диатомовых водорослей, популяция которых достигает, как правило, максимума весной. Когда количество кремния истощается, наступает быстрое снижение или «гибель» популяции диатомовых. Диоксид кремния существенен для построения панцырей диатомовых водорослей. Летом после отмирания диатомовых кремний медленно переходит обратно в воду, хотя определенная его часть захороняется в донных илах.

Окислительно–восстановительный цикл железа является важнейшим компонентом биохимии озер, так как он связан с окислительно–восстановительным потенциалом (редокс–потенциалом) и рН водной среды.
Марганец — это очень важный биогенный элемент, однако редкий, даже если он и является лимитирующим. Работы по изучению форм нахождения марганца идентифицируют два основных источника его поступления: с водами притоков в озера и выделением из донных отложений.

Донные отложения в водоемах формируются из двух основных источников: 1 — внос аллохтонного вещества (внешнего по отношению к озерной системе) обеспечивает поступление в водоем неорганических частиц и некоторых органических веществ (дождливая погода увеличивает перенос наносов и эрозию); 2 — «дождь» отмершего органического вещества из водных масс озера (это второй по значению вклад в донные отложения).

В озерах имеет место постоянный обмен биогенными веществами между донными отложениями и прилегающей к ним водой, который в своей основе является диффузным процессом. Этот процесс может быть усилен или дополнен другими факторами (Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990): турбулентностью (физические нарушения и вымывание донных отложений), биотурбулентностью (вызывается биологическими силами — воздействием роющих организмов, червей, рыб, птиц и др.), биотическим удалением (рост растений из донных отложений), уплотнением (биогенные вещества выдавливаются через поры с водой), окислительно–восстановительным потенциалом (например, обогащенные железом отложения, имеют свойство адсорбировать фосфор в аэробных и выделять его в анаэробных условиях) и биологическим окислением (разложение органического вещества бактериями, которые трансформируют биогенные вещества в неорганическую биологически доступную форму).

Читайте также:  Как нарисовать озеро солнце

3. Функционирование экосистемы озера, расположенного в умеренном поясе

Физическая среда, или биотоп вместе с населяющими его видами, составляющими биоценоз, образует экосистему (биогеоценоз). Водные системы (реки, озера, моря и т. д.) — представляют собой хорошие примеры экосистем, т. к. они имеют совершенно четкие границы и населены водными обитателями, не способными жить на соседней суше. Водные системы очень удобны для изучения и потому, что между ними и сушей, как правило, наблюдается слабый обмен (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Зенин, Белоусова, 1988; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Прежде, чем перейти к изложению материалов о нагульно–нерестовых водоемах тихоокеанских лососей, рассмотрим пример экосистемы — озера, расположенного в умеренном поясе (Дрё, 1976), к каковым относится большинство озер в рассматриваемых нами регионах.

В состав флоры озерных систем входят ряд водных растений, относящихся к разным группам цветковых, одни из которых растут на берегу, другие — в воде. Но основная часть растительной массы в озерах преставлена микроскопическими водорослями — диатомовыми (Bacilariophyta), синезелеными (Cyanophyta), зелеными (Chlorophyta), золотистыми (Chrysophyta), динофитовыми (Dinophyta) и др. Все эти растения благодаря энергии солнечного света, легко проникающего на определенную глубину (в разных озерах — она может различаться), поглощают минеральные соли и углекислый газ, растворенные в воде, и синтезируют из них собственное вещество, растут и размножаются.

Все растения: травы и крупные водоросли прибрежной зоны, а также микроскопические водоросли, парящие в толще воды — фитопланктон, и растущие на освещенных участках дна — микрофитобентос, в совокупности, называются первичными продуцентами. Ими производится подавляющая часть органического вещества в водоемах. Только растения, из всего содержащегося или обитающего в водных системах, создают органическое вещество за счет неорганического при участии солнечной энергии. В целом масса взвешенных в воде микроскопических водорослей приблизительно соответствует общей концентрации растворенных в воде солей, достигающей максимума весной и осенью (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Биогенные вещества — это компоненты, которые первичные продуценты утилизируют для жизнедеятельности и размножения. Рост водорослей основан на потреблении, по крайней мере, 19 биогенных элементов, хотя большая их часть требуется в следовых количествах.

В дополнение к трем основным жизненно важным компонентам (углерод, водород и кислород) первичным продуцентам требуются и другие биогенные вещества в сравнительно больших количествах. Среди них макроэлементы (натрий, кальций, фосфор, магний, кремний, азот, фосфор и сера).

Остальные элементы требуются в меньших количествах и называются микроэлементами (медь, железо, цинк, хлор, бор, молибден, кобальт, ванадий, марганец). Недостаток любого из этих элементов лимитирует развитие первичных продуцентов. В большей части водных систем такими лимитирующими биогенными элементами является — фосфор; либо, в меньшей степени, — азот (Одум, 1975; Дрё, 1976; Риклефс, 1979; Биологический словарь, 1986; Хендерсон–Селлерс, Маркленд, 1990; Христофорова, 1999).

Фитопланктоном питаются очень многие животные, чаще всего мелкие, неспособные к большим и быстрым передвижениям. Они, также как и организмы фитопланктона, не способны противостоять переносу течениями. В совокупности, мелкие животные в озерах — образуют зоопланктон. Это в основном веслоногие (Copepoda) и ветвистоусые (Cladocera) рачки, первичнополостные черви — коловратки (Rotatoria); сюда же входят мелкие личинки ряда видов насекомых, например комаров.

Следует заметить, что отдельные виды рыб также используют в питании фитопланктон. Животные, питающиеся фитопланктоном, — это первичные консументы т. к. они используют уже готовое органическое вещество, ограничиваясь его преобразованием; но создать заново органическое вещество они не способны.

Самые мелкие из первичных консументов (Copepoda, Cladocera и Rotatoria и др.), появляются в огромных количествах обычно тогда, когда много пищи; следовательно в своем развитии они вцело следуют за развитием фитопланктона. Напротив рыбы, питающиеся фитопланктоном, но обладающие значительной продолжительностью жизни, способны подолгу голодать или менять объекты питания.Зоопланктон, в свою очередь, служит пищей более крупным животным (личинки насекомых, многие виды рыб, некоторые виды птиц). Всех таких плотоядных животных, т. е. питающихся другими животными, называют вторичными консументами. Отсюда видно, что живые существа, относящиеся к различным систематическим группам, могут играть в экосистемах одинаковую роль — все они принадлежат к одному пищевому, или, как чаще говорят, трофическому уровню. Трофические уровни связаны между собой зависимостями, складывающихся из элементарных связей в виде цепочки — все они вместе образуют так называемую пищевую цепь, звенья которой зависят друг от друга: исчезновение фитопланктона приводит к исчезновению зоопланктона, а значит и вторичных консументов (рисунок).

Описанная выше пищевая цепь играет в озерах доминирующую роль. Но помимо нее, в озерах существует немало других пищевых цепей. Например, на прибрежных растениях, наполовину находящихся под водой, на их надводных частях живут насекомые–фитофаги, питающиеся листьями. За счет этих насекомых, в свою очередь, кормятся птицы. Подводные части растений обгладывают водные насекомые и их личинки (например, жуки–водолюбы), а также брюхоногие моллюски типа прудовиков и катушек.

Растительная пища далеко не полно переваривается первичными консументами. В экскрементах последних содержится еще много растительных органических веществ, особенно легко усвояемых благодаря тому, что они размельчены в пищеварительном канале. Ими питается большое число видов, среди которых в основном преобладают равноногие ракообразные (называемые в обиходе червями). Пройдя через их пищеварительный канал, остатки органической пищи становятся добычей бактерий, которые окончательно разлагают их до минеральных солей и углекислого газа, вновь используемых растениями. Отсюда видно, что в природе существуют также пищевые цепи деструкторов, которые полностью разлагают органическое вещество.

Понятие пищевой цепи удобно для изложения, оно соответствует в отдельных случаях и реально наблюдаемым явлениям, но в целом носит несколько упрощенный характер. Точнее было бы говорить об очень сложной трофической сети, объединяющей все виды, обитающие в озерах, и охватывающие все совершающиеся в них обменные процессы.

Таким образом, непрерывный поток материи и энергии постоянно пронизывает экосистему. Если экосистема стабильна, то ее можно сравнить с большой трубой, в один конец которой поступают минеральные соли и солнечная энергия, а из другого выходит живое вещество. Последнее может быть использовано внешними хищниками, например человеком, который, вылавливая из озера рыбу и поедая ее, составляет последнее звено пищевой сети. Человек в данном случае играет роль третичного или четвертичного консумента, но не будем упускать из вида, что собирая кресс–салат на берегах озера по примеру многих других организмов, он может быть и первичным консументом (Дрё, 1976).

В нерковых озерах основным источником «нового» органического вещества является фитопланктон.

Бугаев В.Ф., Кириченко В.Е. 2008. Нагульно-нерестовые озера азиатской нерки (включая некоторые другие водоемы ареала) // Петропавловск-Камчатский: Изд-во «Камчатпресс». — 280 с.

На фото: колониальная водоросль — Cфероносток сливовидный Sphaeronostoc priniforme. На Камчатке известен из оз. Налычевского и мелководных озер в бассейне р. Правый Кихчик (фото Д. Гимельбранта)

Источник



Тема 6 (1). Биогенные элементы, их роль в морской воде

Биогенные элементы– это химические элементы, постоянно входящие в состав организмов и имеющие определенное биологическое значение. Прежде всего, это кислород (составляющий 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), кальций, азот, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий, железо. Эти элементы входят в состав всех живых организмов, составляют их основную массу и играют большую роль в процессах жизнедеятельности. В составе живого вещества найдено более 70 элементов, в том числе в морских организмах более 60 элементов. Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,01% от массы тела, относят к макроэлементам. К ним отнесены 12 элементов, из которых кислород, углерод, водород, азот, фосфор, кальций составляют 99,9% массы организма. Биогенные элементы, содержание которых превышает 0,001% от массы тела, относят к микроэлементам, их суммарно содержание всего 0,01% массы организма. Однако они играют важную роль в ферментативных реакциях, способствуют нормальному течению процессов фотосинтеза и обмена веществ. Многие микроэлементы имеют большое значение только для определённых групп живых существ. Содержание тех или иных элементов в организмах зависит не только от их видовых особенностей, но и от состава среды, пищи, экологических особенностей организма и других факторов.

Макроэлементы можно назвать структурными, т.к. не­посредственно используются для построения тканей организмов. К ним относятся в первую очередь углерод, азот (в составе нитратов, нитритов, аммиака), кислород (растворенный и в виде соединений), фосфор (в составе фосфатов). В скелетных структурах морских организмов накапливаются кальций и кремний.

Гидрохимическим факторам придается особое значение в общей системе океанологических факторов биологической продуктивности Мирового океана. Это обусловлено тем, что биогенные химические элементы, находящиеся в во­дах океана и активно участвующие в геохимических и биохи­мических процессах, составляют исходную материальную базу биологической продуктивности. Основу пищевых цепей, функционирующих в морских экосистемах в подавляющем большинстве случаев составляет органическое вещество, образованное фитопланктоном в процессе фотосинтеза. Для существования фитопланктона необходимы солнечный свет и биогенные элементы.

Обеспеченность первичного продуцирования необходимыми элементами неодинакова. Одни элементы постоянно присутст­вуют в морской воде в таких количествах, которые не оказы­вают какого-либо ограничивающего действия на возможность их усвоения организмами. Такими наиболее важными для созда­ния массы органического вещества элементами являются Н, О, Са, К. По-видимому, сюда же отно­сится и большинство микроэлементов, выполняющих разнооб­разные функции в организмах при процессе фотосинтеза, об­мене веществ и др. Хотя содержание микро­элементов в организмах обычно значительно выше, чем в мор­ской воде, все же, как правило, дефицита в них нет.

Другую группу образуют элементы, находящиеся в водах океана в малых количествах, но столь важные для новообра­зования органического вещества и столь интенсивно потребляемые в процессе фотосинтеза, что нередко оказы­ваются лимитирующими для развития живых организмов. Это в первую очередь азот, фосфор, кремний.

Биогенные вещества— к ним относятся соединения фосфора, азота и кремния, необходимые для деятельности фитопланктона. Соединения фосфора и азота входят в состав клеток, а соединения кремния используются для построения скелетов и панцирей диатомовых водорослей, некоторых радиолярий и других мелких организмов. Количество их в слое фотосинтеза, где они потребляются фитопланктоном, является одним из основных факторов, определяющим биологическую продуктивность отдельных районов Мирового океана.

Основной источник биогенных соединений в водах океана – материковый сток. Кроме того, значительное количество связанного азота поступает с атмосферными осадками. Однако главные потребности живых организмов обеспечиваются внутренним круговоротом азота, фосфора и кремния в океане (процессы ассимиляции и регенерации).

Годовой баланс растворенных кремния, фосфора и связанного азота в океане, в тоннах

Поступление и расходование биогенных элементов Кремний, млн.т Фосфор, млн.т Азот, млн. т
1 2 1 2 1 2
Растворенных, с речным стоком
Растворенных, с подземным стоком 0,2
При растворении взвесей биогенного происхождения и метаболитов морских организмов 0,5
При растворении взвесей терриген-ного и вулканического происхождения 1067,3
С атмосферными осадками
Извлечение фитопланктоном из воды при фотосинтезе
Итого

Примечание: 1 — поступление; 2 — расходование

Изучение распределения и динамики биогенных соединений является одним из важнейших направлений гидрохимии моря и океанологии. Количество этих элементов, большая изменчивость концентраций, образуемые ими неорганические и органические соединения, сложные циклы геохими­ческих и биохимических миграций часто оказывают решающее влияние на динамику и пространственное распределение водорослей, т.е. начального звена биологической продуктивности в океане, а через водоросли на последующие звенья (зоопланктон, бентос, рыб, морских млекопитающих).

Источник

Adblock
detector