Результаты исследования рыб, как биоиндикаторов водной экосистем

Температура воды и динамика ее изменений - важнейший  экологический фактор для всех обитателей водоемов. Ведь температура не только непосредственно воздействует на гидробионтов, регулирует скорость жизненных процессов, но и определяет важнейшие физико-химические свойства воды.

Водные  организмы приспособились к различным  температурным условиям обитания: одни из них живут в горячих источниках при температуре 45-50 °С и выше, другие активны при температуре воды -2°С и могут выдерживать промерзание до - 12°С. Важно другое: из-за своей высокой теплоемкости вода является гораздо более термостабильной средой, чем воздух, то есть ее температура изменяется медленно, а это благоприятно для существования живых организмов.

В водоемах суши температура обычно колеблется значительно существеннее, чем в морях и океанах. Особенно это характерно для водоемов умеренного пояса, где сезоны сильно отличаются друг от друга, и температура воды в течение года может изменяться на 10-20 градусов. Организмы, способные жить в воде разной температуры и переносить значительные ее колебания, называются эвритермными. У них вырабатываются различные приспособления, позволяющие компенсировать воздействия меняющейся температуры: изменяется активность ферментов, общая интенсивность процессов обмена веществ. Сами организмы производят миграции в места с более стабильной или благоприятной температурой. Так многие пресноводные рыбы зимой скапливаются в наиболее глубоких участках водоема. Иногда снижение скорости обмена веществ при низкой температуре может быть выгодно для организма: например, рыб это предохраняет от истощения организма зимой, в период с неблагоприятными кормовыми условиями.

Организмы, способные существовать только в узком диапазоне температур, называются стенотермными. Для них изменение температурного режима водоема может оказаться гибельным. Существуют стенотермные виды, приспособленные к жизни только в холодной воде (ручьевая форель) – это олиготермные виды. Напротив, есть виды, живущие только в теплой, хорошо прогреваемой воде. К таким политермным видам из привычных нам организмов относятся многие аквариумные рыбки.

Человек может ощутимо влиять на температурный  режим водоемов. Сброс воды из системы охлаждения тепловых и атомных электростанций повышает температуру значительных участков реки или озера на 5-10 градусов, что приводит к коренным изменениям в сообществе организмов, населяющих эту зону[8].

В воде природных водоемов растворены различные  газы. Концентрации этих газов зависят от их природы, их содержания в атмосфере, а также от температуры и солености воды (при повышении этих двух показателей растворимость газов падает). То количество газа, которое может раствориться в воде при данных условиях, называется «нормальным».

Огромное  значение для водных организмов имеет  концентрация растворенного в воде кислорода. Этот газ попадает в водоем из атмосферы, а также выделяется водными растениями в процессе фотосинтеза. Относительное значение каждого из этих путей может меняться в зависимости от характеристик водоема: в быстрой, порожистой речке со слабо развитой растительностью более значима диффузия кислорода из атмосферы. А в озере, имеющем мощные заросли водной растительности, большая часть кислорода может поступать в воду в результате их фотосинтетической активности. При 0°С и нормальном атмосферном давлении в одном литре пресной воды может раствориться 10,3 мл кислорода. Чем теплее вода, тем меньше кислорода может быть в ней растворено.

Насыщение воды атмосферным кислородом идет через поверхность. Фотосинтез максимально интенсивен тоже в верхнем, наиболее освещенном слое воды. Поэтому кислородные условия у поверхности обычно лучше, чем на глубине. Особенно сильно это может быть выражено в тех водоемах, где перемешивание воды почти не происходит, а на дне имеется значительно количество органических остатков: ведь при гниении органика поглощает кислород из воды. Из-за таких процессов содержание кислорода в воде может падать ниже необходимого для нормальной жизни водных организмов уровня. Содержание кислорода в водоеме меняется также в зависимости от сезона и времени суток. Минимальные его концентрации в воде обнаруживаются обычно ранним утром: ведь ночью растения не фотосинтезируют, а только поглощают кислород в процессе своего дыхания. Из сезонов наименее благоприятна с точки зрения кислородного режима зима: лед не позволяет проникать в воду кислороду атмосферы, условия для фотосинтеза под слоем льда тоже неблагоприятны. Поэтому именно зимой наиболее часто происходят заморы -массовая гибель гидробионтов из-за нехватки кислорода.

Некоторые водные обитатели сравнительно легко  переносят низкие концентрации кислорода в воде (карась, моллюск живородка, малощетинковый червь трубочник), т.к. они приспособились к жизни в водоемах, где дефицит кислорода обычное явление. Другие организмы наоборот, чрезвычайно требовательны к содержанию кислорода.

Соленость воды  это сумма концентраций всех растворенных в воде минеральных веществ. Пресной считается вода, имеющая соленость ниже 0,5 г/кг. Вода океана обычно имеет соленость от 30 до 35 промилле. Кроме пресных водоемов и соленых морей существуют водные объекты с промежуточным уровнем солености. Например, Финский залив Балтийского моря по международной классификации является солоноватоводным олигогалинным (от 0,5 до 5 промилле) или (в западной части) меюгалинным (5-18 промилле) водоемом.

Сумма концентраций в воде ионов магния и кальция называется жесткостью. Особенно важен этот показатель для организмов, имеющих известковые скелеты и раковины.

Пресная и соленая  вода очень по-разному воздействуют на организм водных животных. Особенно сильно различаются у морских и пресноводных обитателей системы осморегуляции. Поэтому соленые водоемы имеют свою характерную фауну, а пресные водоемы - свою. Наименее благоприятны для жизни водоемы с промежуточным уровнем солености. Как правило, они имеют очень бедную фауну водных беспозвоночных.

Прозрачность    воды характеристика,    показывающая,    насколько

уменьшилась интенсивность  света при его прохождении через слой воды определенной толщины. Океаны и моря обычно более прозрачны, чем континентальные водоемы: в них слабый свет проникает до глубины 150 и более метров (глубже всех проникают синие и зеленые лучи). И на таких глубинах растут виды красных водорослей, способные вести фотосинтез при этом скудном освещении.

В континентальных  водоемах прозрачность и условия  освещенности меняются очень сильно. В горных реках и озерах свет может  проникать до дна: дно этих водоемов сложено малорастворимыми породами, в них мало планктона. В равнинных водоемах прозрачность зависит от сезона. В паводок она минимальна. На значительные глубины свет проникает только в озерах с низкими концентрациями органических веществ - в них прозрачность может достигать 40 м. В большинстве же рек и озер прозрачность не превышает 2-3 м. Особенно низкую прозрачность имеют дистрофные озера с сильно гумифицированной коричневой водой и эвтрофные озера, в которых много планктона[6].

Для водоемов суши наиболее характерны постоянные течения, вызванные наклоном русла (в реках), а также периодические или временные течения, происходящие из-за трения воздушных масс о водную поверхность или из-за разности в температуре и плотности воды в разных частях водоема.

На  порожистых участках рек скорость течения может достигать нескольких метров в секунду. Условия обитания на таких участках очень своеобразны: из-за интенсивного перемешивания вода насыщена кислородом, существует постоянная опасность быть оторванным от грунта и снесенным течением. Пищевые частицы с большой скоростью проносятся мимо. Организмы, приспособленные к обитанию в таких условиях, называются реакофилами. Впрочем, большинство равнинных рек имеет более спокойное течение, его скорость обычно не превышает нескольких десятков сантиметров в секунду.

В озерах и прудах течения имеют еще  меньшие скорости, но их значение для  жизни водных организмов очень велико. Дважды в год, весной и осенью, во всех водоемах умеренного пояса, имеющих  достаточную глубину, происходит масштабное перемешивание водных масс. Вода у поверхности нагревается (весной) или охлаждается (осенью) до температуры +4 °С. Известно, что при такой температуре вода имеет максимальную плотность, поэтому верхние слои воды опускаются вниз, а придонные вытесняются наверх, к поверхности. При этом перемешивании глубины водоема обогащаются кислородом, а к поверхности поднимаются из глубины биогены и минеральные соли.

Природные водоемы различаются по химическому  составу воды, донных отложений и  потока веществ, поступающих в них  с водосборной площади, а так же рядом физических, гидрологических и географических параметров. В связи с этим в каждом водоеме формируется свой собственный набор видов микроорганизмов, растений и животных, взаимно влияющих друг на друга и на окружающую среду. Каждая водная экосистема имеет свои определенные характеристики: видовое разнообразие водных организмов, их численность, биомассу и др. Одним из важнейших показателей является продуктивность (трофность) водной экосистемы, т.е. количество нового органического вещества, создаваемого экосистемой за единицу времени. Продуктивность зависит в первую очередь от фотосинтетической деятельности автотрофных организмов и различна в разных водоемах. По уровню продуктивности природные водоемы могут классифицироваться как:

- дистрофные (непродуктивные),

- олиготрофные (малопродуктивные),

- мезотрофные (среднепроду ктивн ые),

- эвтрофные (высокопродуктивные) [15].

Классификация водоемов по их трофности применима  для всех природных водоемов. Трофический уровень водной экосистемы сильно связан с содержанием в воде биогенов растворенных минеральных веществ, являющихся удобрением для водных растений. К ним относятся прежде всего соединения фосфора и азота. Уровень трофности водоема может изменяться при действии как природных, так и антропогенных (возникающих в результате воздействия человека) факторов. В некоторых случаях определить причину изменения трофности очень сложно. Когда нет сомнений в том, что причина имеет антропогенный характер, встает задача оценки качества воды в сравнении с прежним "природным" состоянием и прогноза дальнейших изменений.

Трофический уровень конкретного водоема  можно определить не только по продукции фотосинтезирующих организмов, но и по видовому составу и обилию тех гидробионтов, которые в этом водоеме обитают. С их помощью можно определить качество воды и изменение трофического уровня водоема в связи с увеличением концентрации биогенов при загрязнении.

Понятие "качество воды" подразумевает  комплексную оценку, которая включает гидрохимические и гидробиологические характеристики. В настоящее время продолжает использоваться традиционный подход к оценке качества воды, основанный на определении только ряда химических показателей. Это не позволяет оценить изменения в водной экосистеме, оценить степень ее нарушснности, выяснить механизм нарушения и дать прогноз дальнейшего изменения в экосистеме. Такие задачи можно решить, используя методы биоиндикации[15].

В водоемах с наиболее «чистой» водой, содержащей низкие концентрации биогенных и органических веществ, количество видов гидробионтов и их обилие обычно ниже, чем в тех водоемах, где органические вещества, соединения азота и фосфора присутствуют в умеренных концентрациях. Для многих водных организмов, обитающих в мезо- и эвтрофных водах, умеренный уровень загрязнения является нормальным состоянием среды обитания. Часть таких видов вполне может служить индикаторами загрязнения воды органическими и биогенными веществами. Другая часть видов, обитающих в узких пределах условий окружающей среды, не выдерживают даже небольшого загрязнения и исчезают - такие виды являются хорошими индикаторами низких уровней загрязнения. По мере поступления органических и биогенных веществ происходит постепенное изменение химического состава воды, видового состава гидробионтов, происходит перестройка структуры и функций экосистемы в целом. В начале процесса загрязнения изменения в экосистеме незначительны и обратимы. В дальнейшем экосистема увеличивает свою способность к переработке поступающих веществ, но до определенного предела. Его превышение приводит к деградации и полному разрушению экосистемы. Важнейшей комплексной характеристикой состояния водоема является уровень его сапробности.

Сапробность - характеристика водоема, показывающая уровень его загрязненности органическими веществами и продуктами их распада. По нарастанию количества органических веществ различают водоемы олигосапробные (практически незагрязненные), бета-мезосапробные (слабо или умеренно загрязненные), альфа-мезосапробные (загрязненные) и полисапробные сильно загрязненные органикой. Как правило, высокие концентрации органических веществ в водоемах вызываются сбросом в них сточных вод бытового и сельскохозяйственного происхождения. Под сапробностыо какого-либо вида животных или растений понимают его способность обитать в воде с соответствующим уровнем органического загрязнения. От олигосапробной к полисапробной зоне ухудшаются многие важные для водных обитателей показатели: уменьшается содержание растворенного в воде кислорода, необходимого для дыхания гидробионтов, нитраты превращаются в более токсичные нитриты и аммонийные соединения. Сульфаты переходят в сульфиты и далее в сульфиды вплоть до образования сероводорода. При этом уменьшается количество видов живых существ, требовательных к содержанию кислорода, вплоть до полного их исчезновения. В то же время виды, способные выдержать изменение химического состава воды и недостаток кислорода, могут даже увеличить свою численность за счет притока питательных веществ и исчезновения конкурентов[15].