Характеристика водного середовища існування. Густина води, кисневий, мінеральний, термічний режими та їх вплив на гідробіонтів

Вступ

У світі все живе пов'язане з  водою і значною мірою складається  з води. З одного боку, вона є носієм життя, формуючи умови для відтворення, розвитку, існування усіх живих організмів, природного середовища в цілому, самої  людини. З іншого – вода використовується як природна сировина, виступає елементом  виробничих відносин практично у  всіх галузях господарської діяльності, у виробництві багатьох видів  продукції. Тому забезпечення людства  чистою водою є однією з найбільших проблем сьогодення, гострота якої підвищується внаслідок зростання  дефіциту води та погіршення її якості. Саме виживання людини, як біосоціального виду, в значній мірі залежить від наявності та стану водних ресурсів.

Загальний об'єм гідросфери становить  трохи менше 1,5 млрд. куб. км, 94% якого  та 72% поверхні земної кулі займає світовий океан. Із загального об'єму гідросфери 60 тис. куб. км припадає на підземні води, більшу частину яких становлять глибинні розсоли, і лише близько 4 тис. куб. км – прісні підземні води зони активного  водообміну. Третьою великою частиною гідросфери є полярні льодовики  – 24 млн. куб. км (1,6%). На долю поверхневих  прісних вод в гідросфері припадає близько 360 тис. куб. км або 0,25% її загального об'єму, з них 278 тис. куб. км зосереджено  в озерах, 83 тис. куб. км – ґрунтова волога. Незначний об'єм руслових річкових вод Землі – близько 1,2 тис. куб. км – служить початком формування майже всіх джерел прісних вод, доступних  для використання. Отже, резерв води, на яке може розраховувати людство  в недалекому майбутньому, орієнтовно становить 6 тис. куб. км.

Характеристика водного середовища

Водні умови створюють своєрідну  місце існування організмів, що відрізняється  від наземної перш за все густину  та в'язкістю. Щільність води приблизно в 800 разів, а в'язкість приблизно в 55 разів вище, ніж у повітря. Разом з щільністю і в'язкістю найважливішими фізико-хімічними властивостями водного середовища є: постійні переміщення водних мас в просторі, що сприяють збереженню фізичних і хімічних характеристик; температурна стратифікація, Тобто зміна температури по глибині водного об'єкта; періодичні зміни температури; прозорість води, яка визначає світловий режим під її поверхнею. Від прозорості залежить фотосинтез зелених і пурпурових водоростей, фітопланктону, вищих рослин.

Як і в атмосфері важливу  роль відіграє газовий склад водного середовища. У водних місцепроживання кількість кисню, вуглекислого газу та інших атмосферних газів, розчинених у воді і тому доступних організмам, сильно варіює в часі. У водоймах з високим вмістом органічних речовин кисень є лімітуючим чинником першорядної важливості.

Вміст кисню в поверхневому шарі води залежить, головним чином, від  обміну газом між повітрям і водою  і варіює в межах 6 -12 млн-1. Розчинність  газу зменшується при підвищенні температури та збільшенні солоності  води. Однак на великій глибині, де відсутній контакт з атмосферою, цей обмін залежить від витрати  кисню на біологічні процеси і  поповнення його запасів при змішуванні з водою, багатшою киснем. Як правило, в гідросфері відсутній рівномірний  розподіл кисню. Зональність розподілу, головним чином, обумовлена обмеженими швидкостями змішування та дифузії  кисню, які у свою чергу залежать від різниці температур, щільності, вмісту солі і розчиненого кисню, а також від швидкості та напрямку руху суміші щодо навколишнього маси води. Швидкість дифузії розчиненого  кисню в масу води, виснажену по кисню, є, таким чином, досить невизначеною змінною величиною, зменшується  в часі залежно від різниці  у змісті кисню в двох сусідніх областях, і тому є локальною характеристикою.

Кожного разу, коли споживання кисню  перевищує відновлення його запасів, виникає більш-менш стійкий стан виснаження, що справляє помітний вплив  на існування живих організмів у  суміші води і відходів, збідненої  киснем. Масштаби цього впливу залежать від відносних швидкостей споживання і відновлення кисню, руху води і  можуть бути повністю визначені тільки після завданого збитку.

Кислотність - Концентрація (активність) іонів водню - тісно пов'язана з карбонатної системою. Характеризується величиною рН (рН =-lg [H +]). Величина рН змінюється в діапазоні 0 рН 14; при рН = 7 середу нейтральна, при рН <7 - кисла, при рН> 7 - лужна. Якщо кислотність не наближається до крайніх значень, то спільноти здатні компенсувати зміни цього фактора - толерантність спільноти до діапазону рН вельми значна. Кислотність може служити індикатором швидкості загального метаболізму спільноти. У водах з низьким рН міститься мало біогенних елементів, тому продуктивність тут украй мала.

Солоність - Вміст карбонатів, сульфатів, хлоридів і т.д. - Є ще одним значущим абіотичних чинником у водних об'єктах. У прісних водах солей мало, причому близько 80% становлять карбонати. Утримання ж мінеральних речовин у світовому океані складає в середньому 35 г / л. Організми відкритого океану зазвичай стеногалінни, тоді як організми прибережних солонуватих вод у загальному еврігалінни. Концентрація солей в рідинах тіла і тканинах більшості морських організмів ізотонічна концентрації солей в морській воді, так що тут не виникає проблем з осморегуляціей.

Перебіг не тільки сильно впливає на концентрацію газів і поживних речовин, але і прямо діє як фактор, що лімітує. Багато річкові рослини і тварини морфологічно і фізіологічно особливим чином пристосовані до збереження свого становища в потоці: у них є цілком певні межі толерантності до чинника течії.

Гідростатичний тиск в океані має велике значення. З зануренням у воду на 10 м тиск зростає на 1 атмосферу. У самій глибокої частини океану тиск сягає 1000 атмосфер. Багато тварин здатні переносити різкі коливання тиску, особливо, якщо у них в тілі немає вільного повітря. В іншому випадку можливий розвиток газової емболії. Високі тиску, характерні для великих глибин, як правило, пригнічують процеси життєдіяльності.

Вплив середовища існування на гідробіонтів

Гідробіонти – переважно первинноводні тварини, які все життя проводять у воді. В них виробилися різні пристосування, що дозволяють їм мешкати у водоймищах з різною за якістю водою. Вода дає їм їжу і кисень, виносить продукти обміну і ін. Тому фізико-хімічні властивості води є одним з найважливіших чинників середовища. При цьому роль окремих чинників може сильно трансформуватися і залежати від інших умові. Наприклад, висока концентрація кальцію у ряді випадків знімає летальну дію високих концентрацій іонів калію, а при підвищеній солоності води нітрати, навіть при великій концентрації, не представляють серйозної загрози для гідробіонтів.

Найважливішими умовами, що визначають життя водних організмів, є температура, світло, газовий режим, вміст біогенних  елементів. Зв'язок гідробіонтів з елементами зовнішнього середовища взаємообумовлений, і зміна однієї системи зв'язків неминуче викликає зміну іншої. Тому, розглядаючи вплив окремих компонентів гідрохімічного режиму на життєдіяльність гідробіонтів, необхідно мати на увазі умовність такої заміни, бо в природі всі відносини організму і середовища взаємозв'язані.

Прозорість води

Прозорість води є одним з  основних критеріїв, що дозволяють судити про стан водоймища. Вона залежить від  кількості зважених частинок, змісту розчинених речовин і концентрації фіто- і зоопланктону. Впливає на прозорість і колір води. Чим ближчий колір води до голубого, тим вона прозоріша, а чим жовтіше, тим прозорість її менше.

Важливим чинником, що визначає прозорість води в непроточних водоймищах, є  біологічні процеси. Прозорість води тісно  пов'язана з біомасою і продукцією планктону. Чим краще розвинений планктон, тим менше прозорість води. Таким чином, прозорість води може характеризувати  рівень розвитку життя у водоймищі. Прозорість має велике значення як показник розподілу світла (променистої  енергії) в товщі води, від якого  залежить в першу чергу фотосинтез і кисневий режим водного середовища.

Газовий режим водоймища

Газовий режим водоймища багато в чому визначається розчинністю  газів, яка, у свою чергу, залежить від  природи газу, температури води, величини її мінералізації, а також  тиску. Добре розчиняється у воді вуглекислий газ і значно гірше  кисень. З підвищенням температури  води розчинність газів зменшується. Збільшення мінералізації води також  знижує їх розчинність.

Наявність у воді розчиненого кисню  є обов'язковою умовою для існування  більшості організмів, що населяють  водоймища. Тільки дуже небагато гідробіонтів, що відносяться переважно до бактерій і простим, володіють здатністю жити у відсутність кисню. Вплив кисневих умов на ембріогенез тварин пов'язаний в першу чергу із зміною швидкості розвитку і росту. Так, із збільшенням змісту кисню у визначеному для кожного вигляду діапазоні концентрацій відбувається прискорення ембріогенезу. Подальше збільшення змісту кисню приводить до уповільнення розвитку зародків і поглиблення аномалій, що утворюються. Відомо, що надмірна концентрація кисню може бути навіть летальною.

Збагачення води молекулярним киснем здійснюється за рахунок виділення  його водною рослинністю в процесі  фотосинтезу, а також під час  вступу з атмосфери. Збагачення киснем атмосфери верхніх шарів води відбувається за умови, що у воді його менше, ніж при нормальному насиченні, при відповідній температурі  і тиску атмосферного повітря. Швидкість  розповсюдження газів у воді значно менше, ніж в повітрі, тому в стоячих  водоймищах цей процес йде украй  поволі. При сильній течії, вітрі, розбризкуванні процес насичення води киснем помітно швидшає. Фотосинтез відбувається головним чином в поверхневих  шарах води, добре освітлених і  прогрітих.

При недоліку кисню у воді знижується стійкість риб до несприятливих  чинників зовнішнього середовища, зокрема  до промисловим і побутовим забрудненням. Низький зміст кисню обумовлює  несприятливі зоогігіенічні умови у водоймищі; внаслідок чого створюються передумови до накопичення органічних речовин і розмноження сапрофітної мікрофлори, яка може негативно діяти на риб. Тривале перебування у воді з недостатнім змістом кисню знижує активність риб, різко знижує стійкість до збудників хвороб.

Одночасно із збагаченням води киснем йдуть процеси, що зменшують його вміст у водоймищі. Так, майже  всі біохімічні реакції, що протікають у воді, пов'язані із споживанням  кисню. До таких реакцій відносяться: бактерійне окислення органічних речовин  і неорганічних з'єднань, дихання  тваринних і рослинних організмів. Кількість споживаного рибами кисню  залежить як від виду риби, так і  від її віку. У риб наголошується  чітка видова специфічність як відносно мінімальної кількості кисню, розчиненого  у воді, при якому може жити риба, так і по інтенсивності споживання кисню, в процесі дихання. При  збільшенні температури пороговий тиск кисню зростає.

Від концентрації кисню у воді залежить життєдіяльність риб. При зниженні його нижче певних меж падає інтенсивність  живлення і використовування їжі  на росту, внаслідок чого сповільнюється росту риб. Так, при зменшенні  змісту кисню до 45–50% насичення у  памолоді коропа споживання їжі знижується майже в 2 рази, а її засвоюваність  падає на 40–50%, що приводить до зниження швидкості росту більш ніж  в 2 рази. У канального сома при зниженні змісту кисню до 36% насичення швидкість росту зменшується в 2,5 рази. В умовах інтенсивного рибницького господарства у багатьох видів вирощуваних риб зниження швидкості росту наступає при зменшенні змісту кисню від 40 до 65%.

Мінеральний режим

Велику вплив на хімічний склад  води мають кліматичні і гідрологічні чинники, до яких відносяться температура  і світло. Ці чинники тісно зв'язані  між собою і діють одночасно, викликаючи періодичні (добові, сезонні  міжрічні) зміни в життєдіяльності гідробіонтів. У свою чергу, інтенсивність біопродукційних процесів викликана цими чинниками, позначається на зміні гідрохімічних показників. Змінюючи температуру води, можна активізувати або уповільнювати біохімічні процеси як в організмах, так і у водоймищі. На її зміни реагують перш за все фітопланктон і бактерії. Особливо великі ці зміни в сезонному аспекті.

У життєдіяльності організмів важливе  значення мають вуглець азот і  фосфор. Саме їх з'єднання необхідні  для утворення кисню і органічної речовини в процесі фотосинтезу. Значну роль в круговороті біогенних  елементів виконують донні відкладення. Вони є в одному випадку джерелом, в іншому – акумулятором органічних і мінеральних ресурсів водоймища. Надходження їх з донних відкладень залежить від рН, а також від концентрації цих елементів у воді. При підвищенні рН і низькій концентрації біогенних елементів збільшується надходження у воду фосфору, заліза і інших елементів з донних відкладень.

Сольовий склад виконує важливу  роль в житті гідробіонтів. При цьому має значення як сумарну кількість розчинених у воді мінеральних солей, або солоність, так і іонний склад води. По загальній кількості розчинених речовин природні води умовно підрозділяють на 3 групи прісні, солоноваті і солоні. До групи прісних входять води що містять до 1 г/л, солонуватих – 1… 15 г./л і в групу солоних – 15…40 г./л мінеральних розчинених речовин. У рибницьких господарствах якість води оцінюють і по загальній жорсткості.

Чим більше солі розчинено у воді, тим вище в ній осмотичний тиск, до якого чутливі гідробіонти. Володіючи певним сольовим складом, організми повинні підтримувати його постійність. Для цього у них існують різні механізми, які не тільки підтримують деяку різницю концентрації солей в середовищі і тілі, але і забезпечують стабільність концентрації в організмі окремих іонів і їх співвідношення. У мінеральному живленні риб істотну роль може виконувати захоплення різних іонів клітинами поверхні тіла, наприклад з'єднання сірки, фосфору і інших мінеральних елементів.

Вода містить різні розчинені  і зважені речовини, кількість  і склад яких визначає велику різноманітність  її хімічного складу. Залежить цей  склад як від фізичних умов навколишнього  середовища, так і від біологічних  і мікробіологічних процесів, що протікають у водоймищах. Взаємообумовлена дія  абіотичних і біотичних чинників, а також діяльність людини викликають істотні відмінності в гідрохімічному режимі водоймищ.