Размещено на http://www.allbest.ru

Световой режим и биологические процессы в озерах

(курсовая работа)

Содержание

• Введение
• Глава I. Световой режим озер
• I.1 Оптические свойства вод озер
• I.2 Влияние прозрачности на световой режим
• Глава II. Гидробиологические особенности
• II.1 Краткая характеристика основных мест обитания организмов в озере
• II.2 Круговорот органического вещества и биологические типы озер
• II.3 Биомасса и продуктивность озера
• II.4 Схема зарастания озера
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Актуальность темы исследования. Гидрооптические характеристики воды - цвет и прозрачность - являются чувствительными индикаторами физического и биохимического состояния озерных вод.

В отличие от рек, в озере богаче растительность, более развит планктон, исключительно богата донная фауна. Это разнообразие объясняется не только различием гидрологических свойств рек и озер, но и тем, что в каждом водоеме создаются свои индивидуальные условия существования организмов. Эти его особенности проявляются на фоне зональных отличий, главным образом климата и его элемента - температуры воздуха. В основе жизни водного населения лежит обмен веществ, в процессе которого водные организмы изменяют среду своего обитания. Это отчетливо проявляется в изменении содержания солей и растворенных газов, образовании озерных отложений, зарастании водоемов, изменении цвета и прозрачности воды и других явлениях. Исходя из темы, мы в своей работе поставили следующую цель: охарактеризовать световой режим и биологические процессы в озерах. Задачи исследования:

1. изучить имеющуюся по рассматриваемой теме литературу;

2. рассмотреть световой режим озер;

3. изучить биологические процессы происходящие в озерах.

Для решения поставленных задач нами использовался комплекс дополняющих друг друга методов исследования: теоретический анализ географической литературы по исследуемой проблеме, сравнительный анализ содержания разных литературных источников.

Структура курсовая работа. Работа состоит из введения, 2 глав, заключения, и списка использованной литературы.

Текст изложен на 28 страницах и включает 4 рисунка. Список литературы содержит 17 наименований.

Глава I. Световой режим озер

Интенсивность света в воде сильно ослаблена из-за его отражения поверхностью и поглощения самой водой. Это сильно сказывается на развитии фотосинтезирующих растений. Чем меньше прозрачность воды, тем сильнее поглощается свет. Прозрачность воды лимитируется минеральными взвесями, планктоном. Уменьшается она при бурном развитии мелких организмов летом, а в умеренных и северных широтах - еще и зимой, после установления ледового покрова и укрытия его сверху снегом [4].

В океанах, где вода очень прозрачна, на глубину 140 м проникает 1% световой радиации, а в небольших озерах на глубине 2 м проникает всего лишь десятые доли процента (рис.1).

Рис. 1. Изменение плотности потока солнечной радиации с глубиной [4]

Лучи разных частей спектра поглощаются в воде неодинаково, вначале поглощаются красные лучи. С глубиной становится все темнее, и цвет воды становится вначале зеленым, затем голубым, синим и в конце - сине-фиолетовым, переходя в полный мрак. Соответственно меняют цвет и гидробионты, адаптирующиеся не только к составу света, но и к его недостатку - хроматическая адаптация. В светлых зонах, на мелководьях, преобладают зеленые водоросли (Chlorophyta), хлорофилл которых поглощают красные лучи, c глубиной они сменяются бурыми (Phaephyta) и далее красными (Rhodophyta). На больших глубинах фитобентос отсутствует.

К недостатку света растения приспособились развитием хроматофоров крупных размеров, обеспечивающих низкую точку компенсации фотосинтеза, а также увеличением площади ассимилирующих органов (индекса листовой поверхности). Для глубоководных водорослей типичны сильно рассеченные листья, пластинки листьев тонкие, просвечивающиеся. Для полупогруженных и плавающих растений характерна гетерофиллия - листья над водой такие же, как у наземных растений, имеют цельную пластинку, развит устьичный аппарат, а в воде листья очень тонкие, состоят из узких нитевидных долей [1].

I.1 Оптические свойства вод озер

Особенности гидрологического, гидрохимического, гидробиологического режима этих водных объектов предопределяют наличие некоторых отличий физических свойств вод озер от речных и других видов природных вод. Во многом это относится к оптическим свойствам воды. озеро оптический световой зарастание

Основные оптические свойства воды определяются её освещенностью, цветом и прозрачностью. Освещённость водоёма характеризуется количеством световой энергии, падающей на единицу поверхности воды. При этом наиболее интенсивно поглощается длинноволновая, т.е. красная и желтая части спектра. В глубину же проникают коротковолновые синие лучи. Отсюда и свет на значительных глубинах голубой или синий. Рассеивание и поглощение световых лучей в воде обусловливает её цвет и, в отличие от цвета морской воды, который во многом зависит от рассеянного цвета, выходящего из глубины, в водоёмах большую роль играет присутствие всевозможных растворенных веществ, взвешенных минеральных частиц, микроорганизмов и других примесей. Эти вещества по-разному поглощают, рассеивают и отражают свет, и вода может принимать грязноватый оттенки. Также вода может принимать оттенки примесей: бурый, зеленоватый и др. Во время цветения водорослей вода приобретает зелёный цвет, некоторые бактерии придают воде розовый оттенок и т.п. Как правило, фактический цвет воды и цвет поверхности водоёма часто неодинаковы, т.к. последний во многом зависит от погодных условий, а для малых озёр ещё и от оттенков окружающей местности. Если небо покрыто облаками, то водная поверхность темнеет, в солнечную ветреную погоду становится синей. Водная поверхность малых лесных озёр, окружённых зелёными деревьями, представляется зелёной [16].

Цвет воды объективно определяется по шкале цветности (Фореля-Уля) или по шкале Pt-CO. Шкала цветности представляет собой набор пробирок с водой разного цвета от синего до бурого. При этом каждый оттенок имеет свой номер. Наиболее чистым синим цветом отличаются воды озёра Иссык-Куль (по шкале цветности 1 и 2 номер), Севан (2-3), Ладожское (5-6).Вода озёр болотных массивов имеет коричневый цвет из-за присутствия гуминовых примесей, мелководные озёра полупустынь имеют серый цвет, обусловленный сероватыми частицами неорганического происхождения. Соляные озёра часто имеют воду сиреневого оттенка. Цвет воды в водоёмах испытывает сезонные колебания, связанные с различным поступлением органических и биогенных веществ с бассейнов. Неоднороден он и по площади водоёмов.

Подобным образом, но в градусах, устанавливается цвет воды по шкале Pt-CO. Чем выше значение Pt-CO, тем цвет воды более приближается к бурому.

Цвет воды во многом определяет её прозрачность. Например, синий цвет свойственен очень прозрачным водоёмам. По мере уменьшения прозрачности меняется и цвет воды. Сопоставление цветности воды и её прозрачности для нескольких сотен озёр, расположенных в разных природных зонах, показало, что с увеличением градусов цветности по шкале Pt-CO прозрачность уменьшается. Однако при одинаковой цветности наибольшие показатели прозрачности наблюдаются в озёрах таёжной зоны, а наименьшие - в зоне смешанных лесов [16].

Таким образом, прозрачность воды также связана с наличием всевозможных примесей и изменяется в широких пределах. Прозрачность воды по диску Секки (глубина исчезновения белого диска даёт величину прозрачности) в озёрах заметно меньше, чем в морях и океанах. Наибольшей прозрачностью воды отличаются глубокие горные озёра. Например, прозрачность оз.Иссык-Куль - 20 м, Севана - 21 м, Телецкого - 22 м. Исключительно высокой прозрачностью отличается Байкал - до 40 м. Прозрачность уменьшается в мелководных крупных озёрах, вода которых подвержена интенсивному перемешиванию со взмучиванием донных отложений. К таким водоёмам можно отнести Ильмень (1-2 м), Большие Чаны (2-3 м) и др. Прозрачность малых озёр Ленинградской области изменяется от 0,5 до 4 м.

Перечисленные оптические свойства воды водоемов изменяются в течение года. Например, прозрачность воды уменьшается в период прохождения паводков на впадающих реках и возрастает зимой. Зависят от времени года цвет и освещенность воды. Таким образом, оптические характеристики воды озёр и водохранилищ взаимосвязаны.

С цветностью и прозрачностью воды связано содержанием в ней кислорода. Так, с возрастанием цветности содержание кислорода уменьшается. От прозрачности зависят также и биопродуктивность водоёма. Таким образом, физические характеристики вод водоёмов во многом определяют и их трофический статус.

I.2 Влияние прозрачности на световой режим

Прозрачность озерных вод меняется в широких пределах, но редко достигает тех величин, которые известны для морей. Большей прозрачностью, как правило, обладают глубокие озера, расположенные в горных районах. Исключительно высокой прозрачностью (глубина исчезновения белого диска 40 оз. Байкал. Достаточно большая прозрачность в озерах Иссык-Куль (20 м), Телецком (22 м). Косогол (25 м), Севан: (21 м). В Альпийских озерах прозрачность колеблется в среднем от 16 до 20 м. Малая прозрачность наблюдается в больших по площади, но мелких озерах, со дна которых илы легко взмучиваются при ветровом перемешивании вод (Балхаш, Ильмень, Зайсан), в озерах с хорошо развитым планктоном, а также в озерах, в питании которых большая роль принадлежит болотным водам, богатым гуминовыми кислотами. В некоторых озерах прозрачность падает до 0,3-0,5 м [8].

В одном и том же озере прозрачность неоднородна и колеблется во времени. Обычно в прибрежной зоне озер прозрачность меньше, чем в открытой части, по тем же причинам, что и в морях. Это отчетливо прослеживается в крупных озерах. Прозрачность меняется с глубиной. В глубоких озерах меньшей прозрачностью отличаются поверхностные слои в связи с развитием летом планктона и накоплением в зоне температурного скачка оседающих взвесей. В Ладожском озере в 1960--1962 гг. наблюдались два минимума прозрачности: в зоне температурного скачка и в придонном слое. Уменьшение прозрачности в придонном слое Б. М. Петров объясняет замедлением осаждения взвесей в этом слое из-за большей вязкости воды и возникновения конвективных движений у дна.

В сезонных колебаниях прозрачности вод озер намечаются зимний и осенний максимумы и весенний и летний минимумы. Иногда летний минимум сдвигается на осенние месяцы. В одних озерах наименьшая прозрачность обусловливается большим количеством наносов, доставляемых притоками в период половодья и дождевых: паводков, в других - массовым развитием зоо- и фитопланктона («цветением» воды), в третьих -накоплением органических веществ [8].

Цвет озер, в отличие от морей, характеризуется большим разнообразием. Растворенные вещества, взвешенные минеральные частицы, микроорганизмы, по-разному поглощая, рассеивая и отражая свет, придают воде грязноватые и мутные оттенки, а при большом количестве взвесей различного происхождения озеро принимает их цвет. Вот почему озера, обладающие сине-зеленым цветом, встречаются сравнительно редко.

Среди озер СНГ синим цветом обладают прозрачные воды некоторых горных озер (Иссык-Куль, Кара-Куль, Севан - в открытой части). Синий цвет имеет оз. Байкал и Аральское море (в открытой части). Голубовато-зеленый цвет характерен для горных озер Урала (Тургояк, Б. Кисягач). Более распространены озера с желтой, желто-зеленой, желто-бурой водой, а на болотистых пространствах севера нашей страны - с бурой и даже коричневой водой. Желтая и коричневая окраска озерных вод обязана присутствию в воде гуминовых соединений.

Цвет воды в озере испытывает сезонные колебания и неоднороден в различных частях озера, так же как и прозрачность. Так, в открытой части оз. Байкал при большой прозрачности вода имеет темно-синий цвет, в районе Селенгинского мелководья -- серовато-зеленый, а вблизи р. Селенги -- даже бурый. В Телецком озере в открытой части цвет воды зеленый, а у берегов желто-зеленый. Массовое развитие планктона уменьшает не только прозрачность, но и изменяет цвет озера, придавая ему цвет находящихся в воде организмов [16].

Во время цветения зеленые водоросли окрашивают озеро в зеленый цвет, сине-зеленые придают ему бирюзовую окраску, диатомовые - желтую, а некоторые бактерии окрашивают озеро в малиновый и красный цвета.

Гидрооптические характеристики воды - цвет и прозрачность - являются чувствительными индикаторами физического и биохимического состояния озерных вод. Вместе с другими физическими показателями они могут быть использованы для выделения различных по происхождению водных масс и изучения их трансформаций в озере, как это делается в настоящее время в отношении водных масс водохранилищ, океанов и морей. Показатели прозрачности и цвета воды использованы для выделения в Ладожском и Онежском озерах водных масс речного происхождения, поверхностных, глубинных и придонных. Они могут служить также показателями для выделения зон загрязнения водоема сточными водами.

Глава II. Гидробиологические особенности

Органический мир в озерах разнообразен. В отличие от рек, в озере богаче растительность, более развит планктон, исключительно богата донная фауна. Это разнообразие объясняется не только различием гидрологических свойств рек и озер, но и тем, что в каждом водоеме создаются свои индивидуальные условия существования организмов. Эти его особенности проявляются на фоне зональных отличий, главным образом климата и его элемента - температуры воздуха. В основе жизни водного населения лежит обмен веществ, в процессе которого водные организмы изменяют среду своего обитания. Это отчетливо проявляется в изменении содержания солей и растворенных газов, образовании озерных отложений, зарастании водоемов, изменении цвета и прозрачности воды и других явлениях. Таким образом, изучение гидрологами водоема озерного типа не может происходить без учета биотического фактора. Идеей о всестороннем изучении озер и процессов круговорота энергии и органического вещества в них были проникнуты большинство докладов на прошедшем в г. Ленинграде в 1971 г. Международном конгрессе лимнологов [8].

II.1 Краткая характеристика основных мест обитания организмов в озере

Условия жизни неоднородны как в разных водоемах, так и в разных участках каждого водоема. Однако в каждом водоеме существуют участки с однородными условиями жизни гидробионтов, называемые биотопами. Наиболее крупными биотопами являются прибрежная мелководная область (литораль) и водная толща открытой части (пелагиаль) (рис.2), внутри которых выделяются биотопы второго порядка. Например, дно открытых каменистых прибрежий или защищенных заиливающихся заливов, водные массы открытой части водоема и т. п. Каждый биотоп населяет определенная группа организмов (растений и животных), наиболее приспособленных к нему - биоценоз. Каждый биоценоз взаимодействует со своим биотопом и в результате образуется более или менее устойчивая система - экосистема, или биогеоценоз, включающая как неорганическую часть (участок водной массы или дна с их режимом), так и населяющие их организмы. Например, экосистемой является водоем в целом со всем его растительным и животным миром. Можно в качестве экосистемы рассматривать и отдельный район водоема: литораль, тот или иной плес и т. п.

Рис. 2 Вертикальная экологическая зональность озера (по М.С. Гилярову)

Формирование и трансформация биогеоценозов происходит под действием нескольких групп факторов: абиотических - элементов неживой природы (гидрологических, геологических, климатических), биотических (водных организмов) и антропогенных (деятельности человека). Гидробионты по-разному адаптируются к среде -- одни из них переносят значительные амплитуды колебания воздействующих факторов, другие могут существовать только при малых диапазонах их изменений. Амплитуда колебаний факторов, при которой могут существовать особи того или иного вида, называется экологической валентностью вида. Гидробионты с широкой экологической валентностью (переносящие значительные колебания фактора) называются эврибионтными, с узкой экологической валентностью - стенобионтными (eurys - широкий, stenos - узкий, bios - жизнь). Экологическая валентность оценивается не только по отношению к комплексу факторов, но и к каждому из них в отдельности - температуре (стенотермные и эвритермные), солености (стеногалинные и эвригалинные) и т. п. Стенобионтные организмы могут существовать либо при высоких, либо при низких значениях фактора; например, при высокой температуре - термофильные (fileo - люблю), при низкой - криофильные (krios - холод) и т. п. Некоторые гидробионты не переносят высоких значении того или иного фактора, например солености - галофобные, низкой температурой - криофобные и т. П [6].

По месту обитания среди гидробионтов выделяется несколько основных групп. Планктон (planktos - парящий) - обитатели водной толщи, не способные преодолевать движения воды и перемещаться на значительные расстояния по горизонтали. Планктон в свою очередь подразделяется на несколько групп: фитопланктон (растительный планктон) представлен различными водорослями; зоопланктон (животный планктон) - простейшими, ракообразными, коловратками; бактериопланктон - бактериями. Размеры планктеров большей частью микроскопически малы, они парят в воде во взвешенном состоянии, чему благоприятствует форма их тел - дискообразная, нитевидная, сферическая с различными шипами и выступами и т. п., а также наличие вакуолей - включений с меньшим удельным весом - жиров, газов и т. п. Многие представители зоопланктона могут мигрировать (перемещаться) по вертикали на значительные глубины. К нектону (nektos - плавающий) относятся водные животные, также обитающие в толще воды, но, в отличие от планктеров, приспособленные к активному плаванию, преодолевающие движения воды и перемещающиеся на значительные расстояния. Представителями нектона в континентальных водоемах являются рыбы. Они мигрируют по водоемам в поисках пищи, а на нерест некоторые виды их выходят за пределы водоемов - в реки. Бентос (bentos - глубина) обитатели дна, подразделяющиеся на фитобентос и зообентос. К бентосу относятся высшие водные растения, черви, моллюски, грибы, бактерии. Одни из них существуют на поверхности дна, другие зарываются в грунт. Некоторые представители зообентоса могут подниматься в водную толщу и даже активно плавать (нектобентос). В водоемах также существует нейстон (nein-плавать) - обитатели поверхностной пленки и перифитон (peri - вокруг, phiton - растение), или обрастания - гидробионты, покрывающие погруженные предметы - камни, растения, сваи, днища судов и т. п. [11].

Основным фактором, определяющим жизнедеятельность гидробионтов, является их питание. Фитопланктон - основная группа водных организмов, осуществляющая автотрофное питание - поглощение из воды молекул растворенных неорганических соединений, биогенных элементов и создание из них на свету органических веществ своих тел. Гетеротрофное питание уже готовым органическим веществом свойственно другим группам гидробионтов. Соответственно характеру питания и преобразования ими вещества и энергии гидробионты делятся на три группы. Продуценты (производители) создают в процессе автотрофного питания органические соединения из неорганических, извлекаемых ими из воды. К ним относятся растения (и частично бактерии), осуществляющие фотосинтез -- ассимиляцию при наличии света углекислоты с выделением кислорода. Продуценты создают первопищу -- органическое вещество, которым непосредственно или через другие организмы питаются все остальные гидробионты. Консументы (потребители)-- животные, питающиеся готовым органическим веществом в виде живых или мертвых организмов. Редуценты (восстановители) - бактерии, использующие мертвое органическое вещество (остатки погибших гидробионтов в виде грунта, растворенных и коллоидных органических веществ) и разлагающие его до простых минеральных солей азота, фосфора и других элементов, необходимых продуцентам. В процессе жизнедеятельности гидробионтов и взаимодействия их с водой и донными отложениями в водоемах осуществляется круговорот веществ. В зависимости от режима водоемов и развития жизни в них та или иная часть органических веществ выпадает из круговорота и накапливается главным образом на дне.

Основой существования гидробионтов является первичная продукция - органическое вещество, создаваемое автотрофами (главным образом фитопланктоном и макрофитами - крупными растениями различных систематических групп) из минеральных веществ в процессе фотосинтеза. Вторичную продукцию создают гетеротрофы; часть ее, используемую человеком, - конечную продукцию - составляют главным образом рыбы, в связи с чем определяется рыбная продукция. Биопродуктивность водоемов изменяется с изменением гидрологического режима и в первую очередь стока и водообмена под влиянием природных и антропогенных факторов [8].

II.2 Круговорот органического вещества и биологические типы озер

Организмы каждого озера тесно взаимосвязаны между собой и окружающей средой. В процессе их жизнедеятельности и взаимосвязи с окружающей средой осуществляется круговорот органического вещества и энергии в озере. В верхних слоях воды и в литорали происходит образование органического вещества. Осуществляется оно главным образом путем фотосинтеза высшими растениями и водорослями, использующими углекислоту и минеральные соединения. Синтез органического вещества из неорганического производится в процессе хемосинтеза некоторыми автотрофными бактериями (например, серобактериями, нитрофицирующими бактериями). Готовое органическое вещество и некоторое количество биогенов поступают в водоем также с его площади.

В процессе фотосинтеза зеленые растения проявляют много индивидуальных черт. Диатомовые водоросли, например, развиваются при относительно низких температурах (16-18° С) и наличии в воде кремния, сине-зеленые водоросли - при более высоких температурах. Первые появляются при несколько большем содержании в воде железа и фосфора по сравнению со вторыми и меньшем количестве аммонийного азота.

Органическое вещество, поступившее извне или синтезированное в озере, видоизменяется. Водоросли и высшие растения широко используются животными для питания. Их поедают простейшие, губки, коловратки, ракообразные, моллюски, личинки и мальки рыб и сами рыбы. Животные потребляют также растворенные и разлагающиеся коллоидные вещества. Важным пищевым ресурсом служат бактерии. Они синтезируют в себе, белковые вещества. Хищники поедают (избирательно) животных других видов. Растительные и животные организмы, отмирая, подвергаются сложному биохимическому распаду, который происходит как в толще воды, так и на дне озера [12].

Биохимические процессы в толще воды протекают при большом потреблении кислорода. Активно содействуют разложению органического вещества микроорганизмы. В процессе своей жизнедеятельности они разлагают его до элементарных биогенных соединений. Последние усваиваются растениями и таким образом вновь возвращаются в круговорот веществ. Органическое вещество в озерах даже средних глубин в результате деятельности бактерий иногда разлагается раньше, чем успевает достичь дна. На дне процессы разложения происходят в условиях отсутствия или недостатка кислорода и обычно не достигают конечных стадий. Органическое вещество сохраняется в том или ином виде, образуя озерные илы.

Таким образом, круговорот веществ в водоеме (рис.3) состоит из следующих звеньев: 1) синтез органического вещества в водоеме; 2) поступление органического вещества в водоем с водосборной пло щади; 3) разложение (минерализация) органического вещества; 4) потребление и преобразование разлагающихся веществ бактериальными, растительными и животными организмами; 5) потребление живых организмов, синтезирующих органическое вещество; 6) потребление животных животными. В конечном итоге в процессе круговорота через пищевые (трофические) связи появляются такие организмы, которые используются человеком.

Рис. 3 Схема круговорота вещества в водоеме [8]

Озера по характеру круговорота веществ и интенсивности биологических процессов представляют большое разнообразие. Интенсивность этих процессов связана с географическим окружением озера, его индивидуальными особенностями, в частности с гидрохимическим режимом. А. Тинеман и Э. Науман выделили три крайних типа озер: олиготрофные, евтрофные и дистрофные (трофос - по-гречески питание, ев -много, олигос - мало, дис - недостаточно) . В основу деления положены условия питания в водоемах [8].

Евтрофные озера характеризуются большим содержанием питательных биогенных веществ, из которых на первом месте стоят соединения азота и фосфора. Обычно это неглубокие, с хорошо развитой литоралью, прогреваемые летом водоемы. Условия для развития высшей растительности и фитопланктона благоприятны. Для них характерно расслоение водной массы, резкое уменьшение кислорода ко дну. Прозрачность небольшая, цвет от желтых до бурых оттенков. Иловые отложения богаты органическими остатками. Такие озера распространены среди плодородных почв. В СССР эти озера преобладают в средней полосе Европейской территории.

Олиготрофные озёра содержат малое количество биогенных элементов, в результате они бедны планктоном. Обычно это глубокие, со слаборазвитыми литоралью и прибрежной растительностью водоемы. Температура воды в гиполимнионе низкая. Отличаются большой прозрачностью и зеленовато-голубоватыми оттенками воды. Вода насыщена кислородом (у дна не менее 60--70%), поэтому органические остатки интенсивно минерализуются и донные отложения бедны ими. Условия для развития животных благоприятны на всех глубинах. К олиготрофным озерам относятся многие горные озера, водосборы которых сложены кристаллическими породами, озера с преобладанием на водосборе песчаных почв, с маломощными четвертичными отложениями.

Дистрофные озера бедны питательными веществами. Среди органических веществ преобладают гуминовые кислоты. Цвет воды бурый. Фитопланктон и высшая водная растительность развиты слабо. На дне озера накапливается слой торфянистого ила, мало питательного для животных. Содержание кислорода в воде понижено, он расходуется на окисление гуминовых веществ. Озера этого типа расположены среди болотных ландшафтов [16].

В современных условиях бурного развития сельскохозяйственного и промышленного производства и роста населения усиливается влияние антропогенного фактора на формирование режима вод озер и отложений в них. Многие ученые обращают внимание на внезапные типологические изменения озер, вызванные антропогенным евтрофированием. Главными признаками евтрофирования первоначально олиготрофного озера являются: резкое обогащение фитопланктоном до сильного цветения сине-зеленых водорослей и соответственно повышение уровня продукционно-биологических процессов; изменение газового режима (обеднение кислородом гиполимниона и появление сероводорода); уменьшение прозрачности; накопление сапропеля и др. Основная причина евтрофирования озер (по существу, вторичного загрязнения) -- это повышенное поступление в них фосфора и азота. Источником вторичного загрязнения озер являются сбросы сточных вод, эрозия почв, сток воды с полей при высоких нормах внесения удобрений, сбросы вод некоторых видов промышленных предприятий.

Таким образом, распространившееся в последнее время евтрофирование озер имеет в основе антропогенные изменения в ландшафтах, окружающих озеро.

Тщательное изучение связей озера с окружающей его географической средой и происходящих в ней изменений раскрывает возможности регулирования процесса евтрофирования.

II.3 Биомасса и продуктивность озера

Общее количество вещества в живых организмах, приходящееся на единицу поверхности дна или единицу объема воды в озере, выражаемое в весовых единицах, называется биомассой. Можно учитывать биомассу организмов одного вида, группы видов или всех организмов. Систематически наблюдая за количественным изменением биомассы, можно установить ее колебания за некоторый промежуток времени, определить средние, максимальные и минимальные величины. Накопление биомассы связан о с индивидуальным ростом и размножением, уменьшение - с естественным отмиранием, гибелью организмов в условиях неконтактной среды и выловом их из водоема. Свойства водоема в целом воспроизводить органическое вещество в виде живых организмов называется биологической продуктивностью. Результат реализации этого свойства вследствие хозяйственной деятельности человека на водоеме есть биологическая продукция, получаемая большей частью в виде конечного животного продукта - рыбы. Наиболее ценными в промысловом отношении рыбами являются: озерный лосось, форель, сиг, чехонь, судак, корюшка, снеток и др.

Изучив водоем всесторонне, человек может контролировать звенья биологической продуктивности и улучшать условия существования более ценных пород рыб [8].

В развитии гидробионтов, их численности, видовом составе и продукции наблюдаются пространственно-временные изменения, связанные как с морфометрическими особенностями котловин, так и с сезонными и многолетними колебаниями элементов режима водоемов. Различия в видовом составе и обилии гидробионтов связаны с неоднородностью экологических условий как в разных водоемах, так и в различных их частях. Участки литорали, подверженные волноприбойной деятельности, характеризуются отсутствием или слабым развитием высшей водной растительности и прикрепленными ко дну формами бентоса, выдерживающими удары волн. При малых колебаниях уровня воды и защищенности от волн на литорали интенсивно развиваются заросли макрофитов, располагающихся по направлению от уреза к глубокой части водоема параллельными или концентрическими зонами, в каждой из которых доминируют определенные виды растений. К литорали, особенно к зарослям макрофитов, приурочены и разнообразные формы бентоса, в то время как в профундали бентоса нет из-за недостатка света, а зообентос представлен нетребовательными к кислороду червями и бактериями, значительно преобразующими грунты. Планктон в центральных районах крупных озер значительно беднее, чем в прибрежных, как по видовому составу, так и по численности. Летом благодаря вертикальному термическому расслоению вода глубоких озер делится на верхний трофогенный слой, достаточно освещенный для развития фитопланктона, где бурно развивается жизнь и продуцируется органическое вещество, и нижний - трофолитический, в котором преобладает распад органического вещества. Трофогенный слой чаще всего совпадает с эпилимнионом, где и содержится основная масса планктона. Для водоемов умеренной климатической зоны характерен ярко выраженный сезонный ход гидробиологических процессов [10].

Весной, после вскрытия водоемов, наблюдается первая вспышка массового развития фитопланктона («цветение»), которому благоприятствует повышение температуры воды, обогащение ее кислородом, биогенами в результате увеличения речного притока. Дальнейшее повышение температуры воды приводит к новой вспышке развития (второй пик цветения) во второй половине лета. Цветение сменяется массовым отмиранием планктона, остатки которого («дождь трупов») опускаются на дно, пополняя донные отложения. Прогрев воды и обильная пища в виде водорослей и бактерий способствуют интенсивному развитию зоопланктона в течение весны и лета. Его количество увеличивается, как правило, вслед за фитопланктбном и переживает чаще всего один общий летний пик развития. Зимой развитие фитопланктона прекращается или идет очень слабо, его представители перезимовывают на дне. Скуднее становится и зоопланктон. Наиболее интенсивный рост организмов зообентоса происходит в теплую часть года, в которой приурочено и размножение донных животных.

Макрофиты начинают вегетацию ранней весной и достигают в средних широтах максимума биомассы к концу июля -- началу августа. С охлаждением воды надгрунтовые части растений частично или полностью отмирают. Перезимовывают макрофиты в форме семян, вегетативных зачатков, подземных побегов и корневищ.

Для рыбного населения водоемов в разные периоды жизненного цикла оптимальны различные условия внешней среды, в связи с чем рыбы перемещаются (мигрируют) из одних участков водоемов в другие (и даже из озер в реки) для нереста, выращивания молоди, кормежки (нагула), зимовки. Нерест происходит у разных видов рыбы в разное время, но главным образом весной или в начале лета. Зимой одни виды рыб впадают в спячку (холодное оцепенение), другие хотя и сохраняют активность, но обмен веществ у них замедлен по сравнению с теплой частью года [8].

II.4 Схема зарастания озера

Зарастание водоемов есть нормальный процесс их развития. По мере заполнения озерной котловины наносами, принесенными извне и формирующимися в самом озере, создаются условия для произрастания растений сначала в прибрежной зоне, а затем и по всему озеру. В процессе зарастания озера растительность обычно располагается от берегов по направлению к центру озера концентрическими зонами с характерными представителями ее в каждой зоне. Это является результатом различной степени освещенности прибрежной зоны, неоднородности грунта, изменения химических и термических условий.

Вблизи уреза поселяются влаголюбивые растения (осоки, лютики, незабудки, болотник и т. п.). Эти растения находятся не постоянно в воде, а лишь временно, при повышении уровня. Далее, на береговой отмели развиваются земноводные растения (озерный хвощ, узколистные осоки, рогозы, желтый ирис и др.)- За ними к центру озера на глубине около 2 м располагается зона камышей (тростники, камыши, рогозы). Стебли тростника могут возвышаться над водой на 3 м и более. На глубине 2,5--3 м укореняются представители полупогруженных растений: белые кувшинки, желтые кубышки, водяная гречиха, плавающие рдесты. Поверхность воды этой зоны покрыта плавающими листьями, цветами и затенена. Глубже располагается зона погруженных растений - зона рдестов. Стебли этих растений вытягиваются к поверхности с глубины 3-5 м. Далее, к центру озера, развиваются растения, не требовательные к свету. Обычно на глубине 5-12 м располагается зона подводных лугов или водяных мхов. В озерах Байкал и Иссык-Куль она опускается до 40--50 м [4].

Остатки отмирающих растений, населяющих ту или иную зону, падают в пределах своей зоны. Это способствует обмелению озера и накоплению илов. Уменьшение глубин той или иной зоны создает неблагоприятные условия для произрастания растений данной зоны. В результате одна растительная зона сменяется другой. Растительность распространяется по всему озеру. Таким образом, водоем зарастает путем надвигания периферийных зон растительности на глубоководную часть. Постепенно одна растительная зона выпадает за другой. Происходит это до тех пор, пока растительность озера не сменится растительностью болот (рис. 4).

1 - пояс мелких осок; 2 - пояс камышей и тростников; 3 - пояс широколиственных рдестов и лилий; 4 - пояс зеленых водорослей

Рис. 4 Схема зарастания озер [3]

Озера превращаются в болота не только путем зарастания, но и путем нарастания зыбуна, или сплавины, состоящей из живых и отмерших растений. Основную массу сплавины составляет сфагновый мох, опирающийся на корневища и побеги других растений. Сплавина растет в толщину и от берега к центру водоема. Растительные остатки сплавины оседают на дно и заполняют котловину. Развитие сплавин наблюдается обычно в озерах со слабой минерализацией и берегов с небольшим прибоем [3].

Заключение

Цвет воды озера обусловлен избирательным поглощением и рассеиванием световых лучей. Оптически чистая вода поглощает длинноволновые красные лучи и отражает проникающие в глубину коротковолновые синие лучи. Отраженные синие лучи доходят до поверхности, и вода кажется лазурно - голубой. Наиболее синие - чистые горные озера. Очень яркий синий цвет характерен, например, для оз. Иссык - Куль. Так как вода озер содержит обычно взвеси, она редко бывает синей. Взвеси поглощают значительную часть лучей синих и начинают отражать зеленые, поэтому вода становится сине - зеленой и зеленой. Очень мутная вода может рассеивать и красные лучи. Тогда цвет ее приобретает желтый и бурый оттенки.

Взвеси и планктон, содержащиеся в воде, придают ей ту или иную окраску в зависимости от собственного цвета. Значительно меняют окраску воды гуминовые вещества. Благодаря содержанию гуминовых веществ и органических взвесей для воды озер, расположенных среди болот и в лесу, характерны желто - бурый и бурый цвета. Различные оттенки приобретает вода озер в период цветения (массового развития планктона).

Прозрачность воды зависит от освещенности ее поверхности, от географической широты местности и от количества взвесей и планктона. Годовой ход прозрачности озерной воды связан с режимом стока и с развитием планктона. Наибольшая прозрачность зимой подо льдом, наименьшая - весной во время половодья и летом в период цветения.

Водные организмы приспосабливаются к условиям жизни и образуют типичные для этих условий комплексы. В результате жизнедеятельности организмов в окружающей их среде совершаются непрерывные изменения, поэтому понять процессы, происходящие в озере, можно только с учетом роли населяющих его организмов.

Органический мир озер весьма разнообразен. Так же как и в Океане, в нем выделяются три группы: бентос, планктон и нектон.

По условиям обитания в озере различают литораль (прибрежную часть), профундаль (глубоководную) и пелагиаль (толщу воды). Воды литорали достаточно освещены солнечными лучами для того, чтобы в них развивалась растительность (характерны высшие растения). Кислород распределяется равномерно во всем слое воды. Температура по вертикали изменяется мало. В зависимости от климата могут быть более или менее резкие колебания температуры в течение суток и года. В пределах литорали условия сильно изменяются, и это вызывает значительную дифференциацию ее населения.

Воды профундали получают количество света, недостаточное для фотосинтеза, и поэтому донная растительность развиваться в ней не может. Население профундали многочисленно, но не отличается разнообразием. Преобладают илолюбивые животные, бактерии, грибки.

Пелагиаль характеризуется большими различиями в распределении жизни по вертикали, преобладает планктон, обильно развитый в озерах. Верхний слой пелагиали (эпилимнион), освещенный солнечными лучами и богатый кислородом, наиболее населен. В переходном слое (в металимнионе) преобладают бактерии. Ниже (в гиполимнионе), слое с малым содержанием кислорода и со сравнительно низкими температурами, селятся нетребовательные к кислороду формы планктона.

Процессы жизнедеятельности организмов в определенной среде вызывают в озере непрерывный круговорот веществ. В одних озерах в процессе круговорота органические вещества почти полностью минерализуются и донные отложения не содержат их совсем или содержат очень мало; в других - процессы минерализации отстают от процессов накопления органических веществ и на дне озера образуются богатые органическими веществами отложения.

Озера, расположенные в кристаллических, трудно размываемых породах, бедны биогенными элементами (главным образом соединениями азота и фосфора), и поэтому жизнь в них развита слабо. Вода прозрачная. Донные отложения минерализованы и не поглощают из воды кислород, содержание которого даже в придонных слоях не падает ниже 60 - 70 % насыщения. Цвет воды - от синего до зеленого. Такие озера называются малопитательными - олиготрофными (от греч. Oligos - мало, trofe - питаю). Однако малопитательны они не для всех организмов: в олиготрофных озерах часто немало ракообразных - лучший корм для рыбы. В этих озерах живут наиболее ценные виды сигов и лососевых рыб. К олиготрофным озерам относятся многие горные озера Земного шара, например глубокие и слабопрогреваемые Телецкое, Женевское и др.

Список использованной литературы

1. Адаменко В.Н., Кондратьев К.Я., Поздняков Д.В., Чехин Л.П. Радиационный режим и оптические свойства озер. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 300 с.

2. Амеличев Г.Н., Кузнецов А.Г. Основы общей гидрологии. Симферополь: 2009. - 126 с. 

3. Богословский Б.Б., Самохин А.А. и др. Общая гидрология (гидрология суши). 2-е изд. Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 623 с.

4. Богословский Б.Б. Озероведение. М.: Изд-во МГУ, 1960. 335 с.

5. Богословский Б.Б., Муравейский С.Д. Очерки по озероведению. М.: Изд-во МГУ, 1955. 175 с.

6. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов. Л.: Наука, 1983. 150 с.

7. Викулина З.А. Водный баланс озер и водохранилищ Советского Союза. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. 175 с.

8. Давыдов Л.К., Дмитриева А.А., Конкина Н.Г. Общая гидрология Л.: Гидрометеоиздат, 1973. 463 с.

9. Догановский A.M., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. СПб.: Гидрометеоиздат, 2004. 630 с.

10. Ершова М.Г., Заславская М.Б., Даценко Ю.С., Эдельштейн К.К. Практикум по гидро-экологии озер и водохранилищ. М.: Изд-во МГУ, 2004. 104 с.

11. Китаев С.П. Основы лимнологии для гидробиологов и ихтиологов. Петрозаводск: КНЦ РАН, 2007. 395 с.

12. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д., Добролюбов С.А. Гидрология. М.: Высшая школа, 2008. 463 с.

13. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д. Общая гидрология М. "Высшая школа", 1991. 368 с

14. Науменко М.А. Эвтрофирование озер и водохранилищ. С-Пб: РГГМУ, 2007.100 с.

15. Хендерсон-Селлерс Б., Маркленд Х.Р. Умирающие озера. Причины и контроль антропогенного эвтрофирования. Л.: Гидрометеоиздат, 1990. 356 с.

16. Чеботарев А.П. Общая гидрология (воды суши). Л.: Гидрометеоиздат, 1975. 497 с.

Размещено на Allbest.ru