Охрана водных экосистем

Ионы минеральных солей играют в жизни гидробиоитов самую различную роль: одни из них используются растениями для построения тела и получившие название биогенов. На других они оказывают физиологическое влияние, вызывая резкие сдвиги в процессах обмена веществ. Виды, выносящие большие колебания солености, называются эвриолинными, в отличие от стенолинных, не выдерживающих такие перепады. Большое экологическое значение для гидробиологов имеет не только суммарное количество ионов, но также и их состав, соотношение. Существенное значение имеет тот факт, что с увеличением солености понижается точка замерзания воды.

Взвешенные в воде вещества с известной степенью условности могут быть подразделены на возмущенный грунт , содержащий небольшее количество органического вещества, и детрит, в котором его сравнительно много. Присутствие в воде большого количества взвешенных частиц оказывает на водное население самое разнообразное влияние. Снижение прозрачности воды в результате возмущения грунта с одной стороны уменьшает освещение донных растений, а с другой -сопровождается увеличением концентрации биогенов. Неблагоприятное воздействие оказывает минеральная взвесь на животных, отфильтровывающих свой корм в толще воды, и засыпая организмы, обитающие на грунте.

Температура, свет, звук и другие колебания воздействуют на водное население или непосредственно или играют роль условных сигналов. К первому случаю относится, например, влияние температуры на протекание многих биологических процессов, значение света для фотосинтеза и т.п.

Термический режим отдельных водоемов определяется их географическим положением, глубиной, особенностью циркулирования водных масс и многими другими факторами. Поступление тепла в водоем зависит главным образом от проникновения солнечной радиацией и и контакта с менее нагретой атмосферой. Известную роль играет тепло выпадающих осадков. В последние годы тепловой режим многих водоемов претерпевает существенные изменения под влиянием поступления в них подогретых вод из охлаждающих контуров тепловых и атомных станций. Температурный водный баланс безусловно зависит от времени года.

У многих гидробиоитов, периодически подвергающихся действию отрицательных температур вырабатываются адаптации, предупреждающие замерзание соков тела. В основном они сводятся к снижению точки замерзания соков и повышению их способности к переохлаждению. Благодаря этим адаптациям некоторые организмы переносят понижение температуры до -10'С, например, мидии. Чем чаще и сильнее периодические изменения температуры в естественных местах обитания гидробиоитов, тем выше их устойчивость к холодовым и тепловым повреждениям.

Большое экологическое значение температура имеет как фактор влияющий на скорость протекания процессов, в частности дыхания, роста и развития. Повышение температуры обычно сопровождается ускорением всех процессов.

Во всех случаях оптимальные для роста амплитуды и скорости изменения температуры оказались сходными с теми перепадами, какие рыбы испытывают в природных местах обитания. По-видимому, для организмов неблагоприятно стационарное состояние фактора, если в естественных условиях оно динамично. Организмы, исторически адаптированные к экологическому разнообразию, не только ризестентны к нему, но и нуждаются в нем; экологическое однообразие в своем предельном выражении, создаваемом в искусственных условиях, не соответствует физическим потребностям организмов, уменьшает их жизнедеятельность.

Особенно большое экологическое значение свет имеет для фотосинтезирующих растений. Из-за его недостатка они отсутствуют на многокилометровой глубине океанических вод. Реже растения страдают от избытка света и отсутствуют в поверхностном слое воды, если его освещенность становится черезмерной.

Большинству животных свет нужен для распознания среды и ориентации движений. Под контролем светового фактора происходят грандиозные миграции, когда каждые сутки миллиарды тонн живых организмов перемещаются на сотни метров с поверхности в глубину и обратно. В очень большой степени от света зависит окраска гидробиоитов, которая у ряда животных может даже меняться, обеспечивая маскировку.

Ориентируясь на свет, гидробиоиты находят для себя наиболее выгодное положение в пространстве. Особенно большое значение свет имеет для организмов, совершающих суточные миграции. В большинстве случаев начало подъема и спуска определяется временем наступления той или иной освещенности.

Восприятие звука у водных животных развито относительно лучше, чем у наземных. Звук быстрее и дольше распространяется в воде, чем на суше. Известное значение в жизни гидробиоита имеют шумовые нагрузки, связанные с деятельностью человека -работой лодочных и корабельных моторов, турбин, подводным бурением и т.д. У гидробиоитов одновременно снижается скорость дыхания, темп роста и доля яйценосных самок; привыкание к шуму не наблюдается даже после месячного содержания рыб в таких условиях.

Очевидно,весьма значительную, но еще малоизученную роль играют в жизни гидробиоитов электрические и магнитные поля. Благодаря высокой чувствительности электрорецепторов, многие гидробиоиты способны воспринимать богатейшую информацию, в частности различают особей своего вида и врагов, скорость и направление течений, температуру, солевые и газовые ингредиенты, а также устанавливают симптомы, предшествующие аномальным природным явлениям.

Экологические основы жизнедеятельности.

В биосферном аспекте питание -один из основных процессов, благодаря которому осуществляется круговорот веществ в природе. В более узком плане питание выступает как процесс включения того или иного органического вещества вкакие-либо конкретные организмы, желательные или нежелательные для человека. Управление этим процессом в целях усиления воспроизводства нужного биологического сырья, формирования высокого качества воды и охраны чистоты водоемов в условиях их комплексного использования -одна из актуальнейших проблем.

Пищевые адаптации водных организмов с одной стороны направлены на добывание корма нужного количества, т.е. обуславливают выборность или элективность питания; а с другой стороны обеспечивают определенный уровень интенсивности питания, т.е. добывание корма в нужных количествах и достаточно высокую степень его переваривания.

Покровы гидробиоитов полупроницаемы. Находясь в воде они должны противостоять физико-химическим силам выравнивания осмотических и солевых градиентов, а временно оказываясь в воздушной среде избежать потери влаги. Для противостояния силам выравнивания водные организмы вырабатывают ряд адаптаций, Направленных, с одной стороны, на активное поддержание нужных градиентов, а с другой- уменьшение до минимума физико-химических эффектов, в частности за счет снижения проницаемости покровов. Последний путь, энергетически более экономный, используется в ограниченных пределах, поскольку растущая изоляция от среды осложняет процессы обмена веществ с нею.

Процессы регуляции водно-солевого обмена обеспечиваются работой выделительной системы, рядом морфологических и поведенческих адаптаций. Приспособление к снижению влагоотдачи и некоторые другие предохраняют гидробиоитов от гибели вне воды, например в приливно-отливной зоне, в пересыхающих водоемах, при периодических выходах на сушу. Ряд адаптаций обеспечивает защиту водных организмов от осмотического обезвоживания и обводнения, создающих угрозу механического повреждения клеток. В соответствии с этим решается задача регулирования и концентрации соотношения отдельных ионов в клетках тела. Совершенством адаптаций, обеспечивающих стабилизацию водного и солевого обмена, определяется их способность существовать в водах различной солености и выживать в осматически неустойчивой среде.

Помимо расширительного понимания дыхания как всякого высвобождающего энергию биологического окисления, есть и более узкое, распространяющееся только на процессы, связанные с поглощением кислорода. Аэробное дыхание в воде сложнее, чем на суше. У наземных животных влага на дыхательных поверхностях нормальное и несколько меньшее количество растворееного кислорода. Если вода, омывающая дыхательные структуры гидробиоитов, насыщена кислородом, то условия их дыхания не хуже, а даже лучше, чем у наземных форм. Однако, гораздо чаще содержание кислорода в воде немного ниже нормального и в таких случаях распираторная обстановка для гидробиоитов крайне неблагоприятна. При этом следует учесть, что концентрация кислорода снижается в результате жизнедеятельности самих гидробиоитов, и не всегда достаточно быстро восстанавливается за счет тех или иных внутриводоемных процессов. Сложность распираторных условий в воде обусловила выработку у гидробиоитов ряда морфологических, физиологических и биохимических реакций организма, обеспечивающих нужный уровень интенсивности дыхания в более или менее широком интервале концентраций растворенного кислорода. Регулируя интенсивность газообмена, гидробиоиты маневренно оптимизируют свою энергетику, экономичность процессов реализации программы роста и развития. В условиях крайнего дефицита кислорода гидробиоиты предельно снижают свою активность и некоторое время выживают благодаря использования минимума энергии. Небольшое число гидробиоитов постоянно существуют в отсутствие растворенного кислорода, извлекая его из химических соединений и добывая энергию другими способами.

Росту организмов сопутствует их развитие -поступательное изменение всей организации тела, направленное на достижение оптимального репродуктивного состояния, обеспечение необходимой эффективности размножения. В ходе онтогенеза, перестраиваясь структурно и функционально, организмы достигают репродуктивной зрелости. Чем больше образуется потомков и выше их выживаемость, тем успешнее реализуется жизненная стратегия вида -максимизация в биосфере, свойственной ему формы трансформации веществ и энергии, универсализация своего образа жизни, предельное усиление своей биогеохимической функции на Земле. Поскольку такая тенденция свойственна всем видам, это усиливает их конкуренцию на материальные и энергетические ресурсы биосферы, расширяет ресурсную базу жизни, интенсифицирует в эволюционном аспекте биологический круговорот веществ и поток энергии в биосфере.

Водные биоресурсы и их рациональное использование.

В результате роста и размножения гидробиоитов в водемах происходит непрерывное образование биомассы. Это экосистемное явление называют биологической продуктивностью, сам процесс образования биомассы -биологическим продуцированием, а новообразованную биомассу -биологической продукцией. Биологическая продукция -только часть биоорганической продукции -всего органического вещества, содаваемого организмами в процессе своей жизнедеятельности. Биопродуктивность экосистем реализуется в форме образования организмов, полезных, безразличных или вредных для человека. В связи с этим исходя из текущих запросов практики можно говорить о биохозяйственной продукции -биомассе организмов, имеющих в настоящее время промысловое значение. Вне зависимости от интересов практики различают продукцию первичную и вторичную. Первая представляет собой результат биосинтеза органического вещества из неорганического в процессе жизнедеятельности гидробиантов-автотрофов. Вторичная продукция образуется в процессе трансформации уже имеющегося органического вещества организмами-гетеротрофами.

Биопродуктивность гидросистем можно рассматривать в двух планах: природном (биосферном) и социально экономическом. В первом случае результаты продуцирования безотносительно к интересам человека, как одну из особенностей круговорота веществ в экосистеме, как одну из функций экосистем -блоков биосферы. С социально-экономической точки зрения биопродуктивность характеризуется величиной вылова гидробиантов, используемых человеком. В этом случае продуктивность определяется как свойствами самих эксплуатируемых экосистем, так и формой их хозяйственного освоения.

Организмы, используемые в качестве объектов промысла, образуют биологические ресурсы водоемов. В историческом процессе становления природы для человека все большее число гидробиантов вовлекается в сферу общественного производства и становится биоресурсами людей. Гидробианты в воспроизводство которых вкладывается труд -это уже не биоресурсы, а возделываемое сырье.

Из огромного числа гидробиоитов только очень немногие представители флоры и фауны используются человеком в качестве биологического сырья. Этим в значительной мере объясняется тот факт, что водные растения и животные составляют 3% в пище людей, хотя первичная продукция гидросферы только в 3 раза меньше первичной продукции суши. Поэтому перспективная оценка биологических ресурсов гидросферы должна исходить нетолько из учета возможного вылова объектов, добываемых в настоящее время.

В отличие от полезных ископаемых биологические ресурсы относятся к самовоспроизводящимся. Следовательно, их величина в гидросфере определяется не количеством имеющихся промысловых организмов, а их приростом, т.е. продукцией. Мерой реализации этой продукции служит промысел.

Объем устойчивого промысла водных организмов определяется величиной их естественного воспроизводства. Поэтому промысел не должен превысить естественных природных популяций и учитывать особенности их воспроизводства (сроки, места, орудия лова и т.д.). Охрана и повышение эффективности естественного воспроизводства представляют собой важную меру укрепления сырьевой базы промысла, равно как и обогащение водоемов новыми промысловыми объектами за счет акклиматизации.

Промысел водных организмов не всегда легко отличить от "урожая" при искусственном разведении, т.к. существует множество переходных форм между этими двумя видами биосырья.

В настоящее время мировой промысел гидробиоитов составляет около 20% животных белков, потребляемых человеком. До начала 70-х годов он быстро возрастал, затем стабилизировался. Среди рыб значительную долю в промысле составляют сельдевые, тресковые, скумбриевые и ставридовые. В меньшем количестве добываются тунцовые, мерлузовые и комбаловые, еще меньше отлавливаются лососевые.

Среди нерыбных объектов, добываемых в водоемах в настоящее время, первое место по массе занимают моллюски. Из них в наибольшем количестве добываются двустворчатые моллюски, в значительном количестве -головоногие моллюски (больше половины из них -кальмары). Из ракообразных наибольшую роль в промысле играют крабы и креветки.

Мировой промысел гидрофитов основан преимущественно на добыче красных и бурых водорослей. В гораздо меньшем количестве добывают зеленые. Значительная часть водорослей используется для йода и других технических и медицинских продуктов.

В настоящее время уровень использования гидробиоитов в отношении большинства традиционных объектов промысла достиг величин, близких к предельным. Во многих случаях наблюдается перелов гидробиоитов; что означает, что воспроизводительная способность их популяций уже не может компенсировать убыль в результате промысла. В 1770г. был убит последний экземпляр замечательного растительноядного млекопитающего -стеллеровой (морской) коровы. Почти исчез в наше время гренландский кит, взятый под охрану слишком поздно, под угрозой исчезновения находится синий кит. Среди рыб наблюдается перелов многих легко поддающихся добыче камбал, сельдей. В ряде районов в чрезвычайно напряженном состоянии находятся запасы крабов. Поэтому с необычайной остротой встает вопрос об охране и повышении естественного воспроизводства биоресурсов.