Вплив факторів навколишнього середовища на популяції гідробіонтів

Тема:

«Вплив факторів навколишнього середовища на популяції  гідробіонтів» 

Вступ

У світі все живе пов'язане з водою і значною мірою складається з води. Академік В.І. Вернадський зазначав, що «вода стоїть осібно в історії нашої планети, не має природного тіла, яке могло б зрівнятися з нею за впливом на хід основних природних та суспільних процесів». 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.

1. Вплив середовища  існування на гідробіонтів

Гідробіонти – переважно  первинноводні тварини, які все  життя проводять у воді. В процесі  еволюції у 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.

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.

Великою своєрідністю відрізняється гідрохімічний режим рибницьких ставків і дрібних водоймищ, періодично осушуваних в різні сезони року, на ґрунт і воду яких сильно впливає господарська діяльність людини. Посадка в ставки великої кількості риби на одиницю площі, добриво ставків і годування риби також негативно впливають на якість води. В результаті надходження у воду органічного матеріалу, що легко розкладається, підвищується водневий показник води, стає впливовішим збільшення добових коливань вмісту кисню, змінюються фізичні властивості води, збільшується її кольоровість, знижується прозорість. Тому при інтенсифікації рибництва необхідно своєчасно вживати заходи по оптимізації гідрохімічного режиму, забезпеченню умов для нормальної життєдіяльності водних організмів. Придатність поверхневих вод для використання в рибогосподарських цілях визначається їх відповідністю вимогам і нормативам державного загальносоюзного стандарту.

Вода повинна: відповідати  нормам, в основі яких лежить збереження вигляду, плодючість і якість потомства  риби; відповідати біологічним потребам вирощуваних видів риб; забезпечувати  необхідний рівень розвитку природної кормової бази; не повинна бути джерелом захворювань риб, що розводяться.

Живі організми піддаються у водоймищі дії різних 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 риб.

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.

2. Температура

Температура води значно стійкіша, ніж повітря, що обумовлено її великою теплоємністю. З цієї причини навіть значні надходження або втрати тепла, що збільшуються в літній і зимовий періоди року, не ведуть до різких змін температури води. В результаті річні коливання температури в континентальних водоймищах звичайно не перевищують 30–35 °С. Температурна стійкість води обумовлена і порівняно слабкою змішуваністю холодних і тепліших шарів води, що мають різну густину. Низька теплопровідність води, що обмежує розповсюдження температурних змін в стоячих водоймищах, веде до появи температурної шаруватості, або температурної стратифікації. Утворенню такої стратифікації сприяє властивість води зменшувати свою густину з пониженням температури від 4 до 0 °С. Зимою підлідні холодні шари води не занурюються углиб, плаваючи на тепліших шарах; влітку прогріті води не опускаються до дна, де знаходяться холодніші, і тому щільніші, шари води. З розшаруванням температури в товщі води тісно пов'язаний газовий режим, розподіл біогенів і інші гідрохімічні показники, що призводить, у свою чергу, до зональності в розподілі гідробіонтів.

Термічний режим водоймищ різних типів визначається їх географічним положенням, завглибшки, особливостями циркуляції водних мас і багатьма іншими чинниками.

У житті гідробіонтів температура води має величезне значення. Виняткова її роль виявляється перш за все у тому, що вона є неодмінною умовою життя. Якщо інші елементи середовища (світло, гази і ін.) можна виключити з оточення організмів, то температуру – ніколи. На відміну від багатьох інших абіотичних чинників, температура діє не тільки у разі екстремальних значень, що визначають межі існування вигляду, але і в межах оптимальної зони в цілому, визначаючи швидкість і характер всіх життєвих процесів. Вплив її не обмежується безпосередньою дією на живі організми, а позначається і побічно, через інші абіотичні чинники. Наприклад, найважливіші для життя фізичні властивості води – густина і в'язкість, визначувані кількістю розчинених солей, значною мірою залежать від температури. Те ж відноситься і до розчинності у воді газів. Тому температура є одним з універсальних екологічних чинників.

Екологічне значення температури  в першу чергу виявляється  через дію на розподіл гідробіонтів у водоймищах і на швидкість протікання різних життєвих процесів, кількісно пов'язаних з температурою. Амплітуда коливань температури, при якій можуть жити риби, для різних видів різна. Види, існуючі в широкому температурному діапазоні, називаються евритермічними, у вузькому – стенотермічними. Риби середніх широт пристосовані до широких коливань температури.

Процеси живлення, обміну речовин, розвитку і зростання, розмноження, міграції і інші прояви життєдіяльності  у гідробіонтів більшою мірою, ніж  у теплокровних організмів, залежать від рівня і динаміки температури води. Впливаючи на багато життєвих функцій водних організмів, температура значною мірою обумовлює їх продуктивні можливості. З підвищенням температури обмінні процеси у риб швидшають. Зв'язано це з дією температури на ферменти, що каталізують різні життєві процеси. Швидкість ферментативних процесів з підвищенням температури зростає згідно загальним законам хімічної кінематики, відповідно до якого при зростанні температури на 10 град швидкість реакції збільшується в 2–3 рази. Прискорюючий вплив температури на швидкість обміну речовин і темп розвитку гідробіонтів залежить від їх видової приналежності, стадії розвитку і того інтервалу, в якому підвищується температура. Особливо великий вплив температури на ранніх стадіях розвитку організмів. Ембріональний розвиток різних видів риб може нормально протікати в строго певних межах температури. Дія температури, близької до порогової, при інкубації ікри, наприклад, приводить до збільшення числа аномалій личинок і їх смертності. Зміна морфологічних ознак личинок може бути викликане дуже високою або низькою температурою в період їх ембріонального і раннього постембріонального розвитку.

Температура не тільки визначає саму можливість розвитку гідробіонтів, але і впливає на швидкість  їх морфогенезу. Відомо, що чим нижча температура, при якій йде інкубація ікри, тим більше вимагається часу для розвитку ембріонів. Вона надає стимулюючу або пригноблюючу дію не тільки на швидкість ембріонального розвитку, але і на подальший розвиток риб. Інтенсивність обміну і швидкість росту знаходяться в прямій залежності від температури водного середовища. В той же час слід мати на увазі, що дія однієї і тієї ж температури на ріст риб різного віку різна. З віком температурний оптимум стає ширше, тому вплив цього показника на ріст найсильніше виявляється на ранніх стадіях розвитку. Так, оптимальній для розвитку і зростання молоді коропа є температура в межах 25–30°С, а для риби старшого віку – 23 28°С.

Відмічене прискорення росту  риб при динамічній температурі в порівнянні із стабільною. Амплітуда і частота коливання температури, оптимальні для росту, видоспецифічні.

Великий вплив температура води має на живлення травлення, білковий, жировий і вуглеводний обмін риб. При підвищеній температурі води активність живлення і травлення зростає. Так, у дволітків коропа час перебування їжі в кишечнику скорочується з 12 до 3 год. при підвищенні температури від 22 до 31°С Максимальні прирости спостерігаються при температурі 25…27°С, при цьому в кишечнику їжа знаходиться 5…8 год. Зміна температури впливає на напрям білкового обміну і міняє співвідношення частин засвоєного білка, що використовується організмом для певної мети. При підвищенні температури помітно активізуються процеси біосинтезу ліпідів в порівнянні з біосинтезом білків, що і обумовлює раннє накопичення жиру в організмі риб, вирощуваних на теплих скидних водах. Зміна обміну речовин при підвищенні або пониженні температури вимагає пристосування всіх функцій організму, тобто адаптації особин.

Вельми істотна роль температурного режиму в проходженні окремих ланок репродуктивного циклу. Так, тільки при певній температурі у риб починається нерест. Вплив температури на швидкість статевого дозрівання відмічений у всіх холоднокровних тварин. Наприклад, короп залежно від кліматичних зон може досягати статевої зрілості у віці 5…6 років (Карелія) і в 6…8 міс. (Куба).

При цьому міняється і періодичність проходження нересту. Температурний режим також впливає і на тривалість життя гідробіонтів. Наприклад, раннє настання статевої зрілості призводить до того, що ріст риб різко сповільнюється. Якщо проходження окремих стадій розвитку в результаті підвищення температури води швидшає, то тривалість всіх стадій в сукупності, а отже, і всього життя скорочується. Короп на Кубі рідко живе більше 8 років, тоді як в центральних районах СРСР він доживає до 20 років і більше.

Від температури води залежить характер прояву і перебігу різних хвороб. Так, при низькій або високій температурі води у коропа уражається зябровий апарат. Температурний режим впливає і на фізіологічний стан риб. Наприклад, залежно від температури води різко змінюється характер прояву і перебігу краснухи, запалення плавального міхура і інших хвороб.

3. 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.

4. 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.

Гази, розчинені у воді, завжди прагнуть прийти в рівновагу відповідно до їх парціального тиску в атмосфері. Якщо їх вміст у воді менше, ніж в атмосфері, то відбувається поглинання газів водою з атмосфери (процес інвазії); при більшому вмісті газів у воді, ніж в атмосфері, спостерігається виділення їх (евазія) з води в атмосферу. Сірководень і водень, парціальний тиск яких в атмосфері практично рівно нулю, не накопичуються в значній кількості у водоймищах, оскільки відбувається їх виділення в атмосферу.

Найбільше значення для водних організмів мають кисень, вуглекислий  газ і сірководень. Наявність  у воді розчиненого кисню є  обов'язковою умовою для існування  більшості організмів, що населяють  водоймища. Молекулярний кисень атмосфери  і вода є двома головними джерелами, з яких кожна клітка аероба черпає кисень. Тільки дуже небагато гідробіонтів, що відносяться переважно до бактерій і простим, володіють здатністю  жити у відсутність кисню. Вміст кисню у воді залежить від співвідношення двох протилежно протікаючих процесів: перший – що збагатить воду киснем, другий – зменшуючий його вміст у воді.