Вплив факторів навколишнього середовища на популяції гідробіонтів

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.

Могутнім джерелом збагачення води молекулярним киснем є фотосинтез водних рослин. Інтенсивність його залежить від температури і освітлення. Фотосинтез відбувається головним чином в поверхневих шарах води, добре освітлених і прогрітих.

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.

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.

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%.

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.

5. Вуглекислий  газ

Вуглекислий газ має важливе  значення в житті гідробіонтів. Вміст його в атмосфері в середньому складає 0,33%. При зіткненні з водою СО₂ частково розчиняється і піддається гідролізу:

СО₂ + Н₂О = Н₂СО₃.

У хімічну реакцію з  водою вступає лише незначна частина  СО₂, решта його кількості знаходиться у вільному вигляді ж. Наявність у воді вугільної кислоти сприяє розчиненню карбонату кальцію і перекладу його в гідрокарбонат, що володіє більшою розчинністю, ніж карбонат кальцію.

СаСО₃ + Н₂СО₃ = Са (НСО₃) ₂.

Унаслідок розчинення вуглекислих  солей вода збагатить карбонатами  і бікарбонатами. Таким чином, в  природних водах вуглекислота міститься: у вільному стані у вигляді  газу, розчиненого у воді – двоокисі вуглецю; у вигляді іонів НСО₃ – гідрокарбонат-іонів; у вигляді іонів СО₃~ – карбонат-іонів. Всі ці форми знаходяться в рухомій хімічній рівновазі.

У водоймищах основним джерелом СО₂ є бактерійне окислення органічних речовин, а також дихання водних організмів. Біопродуктивність водоймищ певною мірою визначається наявністю двоокису вуглецю. Вуглецеве живлення водоростей, як і вищої водної рослинності, є основою їх існування і визначає можливість їх інтенсивного розвитку. У великій концентрації вуглекислий газ отруйний для тварин, і з цієї причини водоймища, пересичені вуглекислотою, позбавлені життю.

Негативний вплив високої  концентрації вуглекислоти на життєдіяльність  риб полягає у тому, що риби, знаходячись  в пригноблюваному стані, гірше  використовують кисень, розчинений у  воді. При цьому значення має не просто абсолютний вміст у воді кисню і вуглекислоти, а співвідношення їх. Для коропа наприклад, співвідношення О₂ і СО₂, що наближається до 0,02 є небезпечним. При низькому вмісті кисню і несприятливому співвідношенні О₂ і СО₂ риба значно гірше використовує корм. Критична концентрація вуглекислого газу для різних видів риб неоднакова.

6. Водневий показник (рН)

Водневий показник (рН) є  одним з важливих чинників середовища. Найбільш сприятливе для більшості риб значення рН, близьке до нейтрального. При значних зрушеннях в кислу і лужну сторону зростає кисневий поріг, ослабляється інтенсивність дихання. Можливі межі рН, в яких можуть жити прісноводі риби, за інших рівних умов залежать від видової приналежності. Найбільш витривалі карась і короп, щука переносить коливання рН в межах 4,8…8,0; форель – 4,5…9,5; короп 4,3… 10,8.

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.

7. Біогенні елементи

Особливе значення для  живлення фітопланктону і вищої  водної рослинності мають біогенні елементи – азот, фосфор, кремній, залізо і ін. На тваринні організми істотно  впливає вміст у воді мікроелементів – кобальту, нікелю, марганцю, міді, цинку, стронцію і ін. Недолік або їх надлишок приводить до патології в розвитку, отруєнь і нерідко загибелі. Джерелом надходження мікроелементів в рибу є вода, рослинність, природний і штучний корми.

8. Органічна речовина

Органічна речовина присутня у воді в розчиненому і зваженому  вигляді. Її підрозділяють на автохтонну і аллохтонну. Запаси автохтонних речовин поповнюються за рахунок фотосинтезу фітопланктону, макрофітів і хемосинтезу деяких бактерій, аллохтонних – за рахунок винесення їх з водозбірної площі, надходження з атмосферними, а також іноді з побутовими і промисловими стоками. Частка розчиненої органічної речовини приблизно в сотні рази більше, ніж органічної речовини в живих організмах і детриті.

Такі легко засвоєні органічні  речовини, як цукру, амінокислоти, вітаміни і інші, мають важливе значення в житті гідробіонтів і в першу чергу в їх живленні. До зважених органічних речовин відноситься детрит, який складається з мінеральних і органічних частинок, що об'єднуються в складні комплекси. Детритом харчуються багато коловерток, ракоподібних, молюски, голкошкірі і багато риб.

Від біогенних елементів (фосфатів, солей азотної кислоти, мікроелементів), що забезпечують розвиток фітопланктону, залежить продуктивність водоймища. Кількість кисню і вуглекислоти, величина рН, склад і біохімічний стан органічної речовини, а також компоненти сольового складу (НСО₃, Са, Nа і ін.) – слідство життєдіяльності організмів, тобто результат інтенсивності біопродукційних процесів.

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.

Залежність хімічного  складу від інтенсивності біопродуктивних  процесів, перш за все від інтенсивності  фотосинтезу фітопланктону, дозволяє кількісно оцінювати величину біо- і рибопродуктивності водоймищ за показниками гідрохімічного режиму. Основними показниками при оцінці інтенсивності біопродуктивних процесів є абсолютний і відносний вміст кисню. Дослідження вмісту кисню у водоймищі використовуються для розрахунків величини первинної продукції і деструкції новоутворюючоїся органічної речовини – основного корму для всіх гетеротрофних організмів. Не менш важливі відомості можна одержати і при аналізі змін рН, вільної вуглекислоти, біогенних елементів, перманганатній і біхроматній окисляємості, біохімічного споживання кисню (БСК).

Для визначення продукції  органічної речовини у водоймищі  можуть бути використані дані БСК. Визначенню цього показника слід приділяти таку ж увагу, як і визначенню кисню, біогенних елементів і окисляємості, оскільки біохімічне споживання кисню дає уявлення про вміст у воді нестійкої, швидко окисляючоїся органічної речовини.

Повніше уявлення про вміст розчиненої і зваженої у воді органічної речовини і перш за все її стійкої в біохімічному відношенні фракції дають методи аналізу перманганатної і біхроматної окисляємостей. Різний ступінь окислення органічних речовин хімічними реагентами дозволяє за допомогою методів гідрохімічного аналізу оцінити походження органічної речовини, швидкість її мінералізації, а отже, і інтенсивність біопродукційних процесів.

9. Біотичні фактори

В результаті росту і розвитку рослинних організмів у водоймищах відбувається безперервне накопичення їх біомаси. Рівень первинної продукції, визначуваний фізіологічними властивостями водоростей і чинниками середовища, є основним регулятором інтенсивності і ефективності всього біопродуктивного процесу. Біологічне продукування відбувається у формі утворення первинної і вторинної продукції, під якою розуміється відповідно приріст біомаси автотрофів (рослинних організмів) і гетеротрофів (тваринних організмів).

Процес автотрофного живлення гідробіонтів, тобто утворення ними органічної речовини свого тіла з мінеральних речовин, є єдиним, при якому у водоймищі виникає «первинна їжа». За рахунок її живуть всі гетеротрофні гідробіонти як рослиноїдні, так і м'ясоїдні. Так, молодь більшості видів риб на ранніх стадіях розвитку споживає водорості, а для білого амура, деяких видів тіляпій, білого і строкатого товстолобиків вища і нижча водна рослинність – важливе джерело живлення впродовж всього життя.

Таким чином, все населення  водоймищ залучається до процесів круговороту речовин, який включає наступні ланки: синтез органічної речовини у водоймищі і надходження органічної речовини у водоймище з водозбірної площі; розкладання органічних речовин у водоймищі (мінералізація); споживання і перетворення розкладаючих речовин бактерійними, рослинними і тваринними організмами; споживання живих організмів, що синтезують органічну речовину з неорганічної.

Утворення органічної речовини у водоймищах відбувається в процесі  фотосинтезу зеленими організмами  планктону (водоростями і зеленими бактеріями) і бентосу (нижчими і  вищими рослинами), а також в процесі  хемосинтезу бактеріями.

Зелені рослини, що беруть участь в процесі фотосинтезу (діатомові, зелені, синьозелені і інші водорості), вимагають для свого розвитку певних умов – наявність біогенів і мікроелементів, а також певної температури. Так, діатомові водорості розвиваються звичайно при температурі 16…18°С. Синьозелені водорості з'являються при вищій температурі, за наявності фосфору до 0,02 міліграм/л і азот до 0,08 міліграм/л води. Зелені водорості вимагають великої кількості азоту.

У водоймище також поступають органічні речовини. Їх кількість  залежить від характеру водозбірної  площі, клімату, ґрунту, рослинного покриву, характеру господарської діяльності людини. Органічні речовини, що поступили  з донних відкладень і з водозбірної  площі, а також організми, що розмножилися при фотосинтетичній діяльності і з часом відмирають (фітопланктон, макрофіти, фітобентос), розкладаються  і перетворяться за участю бактерій і простих. При цьому мікроорганізми не просто руйнують органічну речовину, а перетворюють його на свої власні тіла, роблячи його доступнішим для  живлення тварин. Одночасно протікають і процеси деструкції, в результаті яких у воду поступають біогени, необхідні для розвитку водоростей. При слабкій утилізації органічна речовина осідає на дно водоймища, поглинає велику кількість кисню, погіршує кисневий режим. У міру накопичення у водоймищах невикористаної органічної речовини відбувається старіння екосистем. Воно відбувається повільніше, якщо основними продуцентами органічної речовини є планктонні водорості. Проте і при інтенсивному розвитку фітопланктону, але слабкому його споживанні рослиноїдними безхребетними, значна частина первинної продукції також залишається недовикористаною і відкладається на дні водоймища. Таким чином, оцінка продуктивності водоймища, що проводиться тільки по величині первинної продукції, може привести до помилок, оскільки значна частина органічної речовини випадає з продукційних процесів і може негативно впливати на їх течію.