Водне середовище проживання - гідросфера - студопедія

Вода покриває 71% площі земної кулі і составляет1 / 800 частина обсягу суші або 1370 м3. Основна маса води зосереджена в морях і океанах - 94-98%, в полярних льодах міститься близько 1,2% води і зовсім мала частка - менше 0,5%, в прісних водах річок, озер і боліт. Співвідношення ці постійні, хоча в природі, не перестаючи, йде круго-воріт води (рис. 1). У водному середовищі живе близько 150 000 видів тварин і 10 000 рослин, що становить відповідно всього 7 і 8% від загального числа видів Землі. На підставі цього був зроблений висновок про те, що на суші еволюція йшла набагато інтенсивніше, ніж у воді.

У морях-океанах, як в горах, виражена вертикальна зональність. Особливо сильно розрізняються по екології пелагіаль - вся товща води, і бенталь - дно. Товща води - пелагіаль, по вертикалі ділиться на кілька зон: епіпелігеаль, батіпелігеаль, абіссопелігіаль і ультраабіссопелігіаль (рис. 2). Залежно від крутизни спуску і глибини на дні теж виділяють кілька зон, яким відповідають зазначені зони пелагіалі: - Літоральна - кромка берега, що заливається під час припливів. - супраліторальная - частина берега вище верхньої приливної риси, куди долітають бризки прибою. - субліторальній - плавне зниження суші до 200м. - батіальних - круте зниження суші (материковий схил), - абісальна - плавне зниження дна океанського ложа; глибина обох зон разом досягає 3-6 км. - ультраабіссальная - глибоководні западини від 6 до 10 км.

Екологічні групи гідробіонтів. Найбільшою різноманітністю життя відрізняються теплі моря і океани (40000 видів тварин) в області екватора і тропіках, на північ і південь відбувається збіднення флори і фауни морів в сотні разів. Що стосується розподілу організмів безпосередньо в море, то основна маса їх зосереджена в поверхневих шарах (епіпелагіаль) і в субліторальній зоні. Залежно від способу пересування і перебування в певних шарах, морські мешканці поділяються на три екологічні групи: нектон, планктон і бентос.

Нектон (nektos - плаваючий) - активно пересуваються великі тварини, здатні долати великі відстані і сильні течії: риби, кальмари, ластоногі, кити. У прісних водоймах до нектону відносяться і земноводні і безліч комах.

Планктон (planktos - блукаючий, що ширяє) - сукупність рослин (фітопланктон: діатомові, зелені та синьо-зелені (тільки прісні водойми) водорості, рослинні жгутіконосци, перидинеї і ін.) І дрібних тварин організмів (зоопланктон: дрібні ракоподібні, з більших - крилоногі молюски, медузи, гребневики, деякі черви), що мешкають на різній глибині, але не здатних до активних пересуванням і до протистояння течіям. До складу планктону входять і личинки тварин, утворюючи особливу групу - нейстон. Це пасивно плаває «тимчасове» населення самого верхнього шару води, представлене різними тваринами (десятиногі, вусоногі і весільного ракоподібні, голкошкірі, поліхети, риби, молюски та ін.) В личинкової стадії. Личинки, дорослішаючи, переходять в нижні шари пелагелі. Вище нейстон розташовується плейстон - це організми, у яких верхня частина тіла зростає над водою, а нижня - в воді (ряска - Lemma, сифонофори і ін.). Планктон грає важливу роль в трофічних зв'язках біосфери, тому що є їжею для багатьох водних мешканців, в тому числі основним кормом для вусатих китів (Myatcoceti).

Бентос (benthos - глибина) - гідробіонти дна. Представлений в основному прикріпленими або повільно пересуваються тваринами (зообентос: форамінефори, риби, губки, кишковопорожнинні, черви, плеченогие молюски, асцидії, і ін.), Більш численними на мілководді. На мілководді в бентос входять і рослини (фітобентос: діатомові, зелені, бурі, червоні водорості, бактерії). На глибині, де немає світла, фітобентос відсутня. Біля узбережжя зустрічаються квіткові рослини зостера, рупія. Найбільш багаті фітобентос кам'янисті ділянки дна.

В озерах зообентос менш рясний і різноманітний, ніж в морі. Його утворюють найпростіші (інфузорії, дафнії), п'явки, молюски, личинки комах і ін. Фітобентос озер утворений вільно плаваючими діатомеямі, зеленими і синьо-зеленими водоростями; бурі і червоні водорості відсутні.

Вкорінюються прибережні рослини в озерах утворюють чітко виражені пояса, видовий склад і вигляд яких узгоджуються з умовами середовища в прикордонній зоні «суша-вода». У воді біля самого берега ростуть гидрофіти - напівзанурені в воду рослини (стрілолист, образки, очерети, рогіз, осоки, тріщетіннік, очерет). Вони змінюються гідатофітамі - рослинами, зануреними у воду, але з плаваючим листям (лотос, ряски, кубушки, чилим, Такла) і - далі - повністю зануреними (рдести, елодея, хара). До гідатофітам відносяться і плаваючі на поверхні рослини (ряска).

Тепловий режим. Для водного середовища характерний менший прихід тепла, тому що значна частина його відбивається, і не менш значна частина витрачається на випаровування. Узгоджуючи з динамікою наземних температур, температура води має меншими коливаннями добових і сезонних температур. Більш того, водойми істотно вирівнюють хід температур в атмосфері прибережних районів. При відсутності льодового панцира моря в холодну пору року надають отепляющее дію на прилеглі території суші, влітку - охолоджує і зволожує.

Діапазон значень температури води в Світовому океані становить 38 ° (від -2 до + 36 ° С), в прісних водоймах - 26 ° (від -0,9 до + 25 ° С). З глибиною температура води різко падає. До 50 м спостерігаються добові коливання температури, до 400 - сезонні, глибше вона стає постійною, опускаючись до + 1-3 ° С (в Заполяр'ї близька до 0 ° С). Оскільки температурний режим у водоймах порівняно стабільний, їх мешканцям властива стенотермним. Незначні коливання температури в ту чи іншу сторону супроводжується суттєвими змінами в водних екосистемах.

Приклади: «біологічний вибух» в дельті Волги через зниження рівня Каспійського моря - розростання заростей лотоса (Nelumba kaspium), в південному Примор'я - заростання образки стариць річок (Комарівка, мулистих і ін.) По берегах яких вирубана і спалена деревинна рослинність.

У зв'язку з різним ступенем прогрівання верхніх і нижніх шарів протягом року, приливами і відливами, течіями, штормами відбувається постійне перемішування водних шарів. Роль перемішування води для водних мешканців (гідробіонтів) виключно велика, тому що при цьому вирівнюється розподіл кисню і поживних речовин всередині водойм, забезпечуючи обмінні процеси між організмами і середовищем.

У стоячих водоймах (озерах) помірних широт навесні і восени має місце вертикальне перемішування, і в ці сезони температура в усьому водоймі стає однорідною, тобто настає гомотермія. Влітку і взимку в результаті різкого посилення прогрівання або охолодження верхніх шарів перемішування води припиняється. Це явище називається температурної дихотомією, а період тимчасового застою - стагнацією (літній чи зимовій). Влітку легші теплі шари залишаються на поверхні, розташовуючись над важкими холодними (рис. 3). Взимку, навпаки, в придонному шарі тепліша вода, так як безпосередньо під льодом температура поверхневих вод менше + 4 ° С і вони в силу фізико-хімічних властивостей води стають більш легкими, ніж вода з температурою вище + 4 ° С. У періоди стагнацій чітко виділяються три шари: верхній (епілімніон) з найбільш різкими сезонними коливаннями температури води, середній (металімніон або термоклин), в якому відбувається різкий стрибок температур, і придонний (гіполімніон), в якому температура протягом року змінюється слабо. У періоди стагнацій в товщі води утворюється дефіцит кисню - влітку в придонному частини, а взимку і в верхній, внаслідок чого в зимовий період нерідко відбуваються замори риби.

Світловий режим. Інтенсивність світла в воді сильно ослаблена через його відображення поверхнею і поглинання самою водою. Це сильно позначається на розвитку фотосинтезуючих рослин. Чим менше прозорість води, тим сильніше поглинається світло. Прозорість води лімітується мінеральними суспензіями, планктоном. Зменшується вона при бурхливому розвитку дрібних організмів влітку, а в помірних і північних широтах - ще й взимку, після встановлення льодового покриву і укриття його зверху снігом.

В океанах, де вода дуже прозора, на глибину 140 м проникає 1% світловий радіації, а в невеликих озерах на глибині 2 м проникає всього лише десяті частки відсотка. Промені різних частин спектра поглинаються в воді неоднаково, спочатку поглинаються червоні промені. З глибиною стає все темніше, і колір води стає спочатку зеленим, потім блакитним, синім і в кінці - синьо-фіолетовим, переходячи в повний морок. Відповідно змінюють колір і гідробіонти, адаптуються не тільки до складу світла, але і до його нестачі - хроматична адаптація. У світлих зонах, на мілководдях, переважають зелені водорості (Chlorophyta), хлорофіл яких поглинають червоні промені, c глибиною вони змінюються бурими (Phaephyta) і далі червоними (Rhodophyta). На великих глибинах фітобентос відсутня.

До недоліку світла рослини пристосувалися розвитком хроматофорів великих розмірів, що забезпечують низьку точку компенсації фотосинтезу, а також збільшенням площі асиміляційні органів (індексу листкової поверхні). Для глибоководних водоростей типові сильно розсічені листя, пластинки листя тонкі, що просвічуються. Для напівзанурених і плаваючих рослин характерна гетерофіллія - ​​листя над водою такі ж, як у наземних рослин, мають цільну пластинку, розвинений устьічнимі апарат, а в воді листя дуже тонкі, складаються з вузьких ниткоподібних часткою.

Гетерофіллія: кубушки, латаття, стрілолист, чилим (водяний горіх).

Тварини, як і рослини, закономірно змінюють своє забарвлення з глибиною. У верхніх шарах вони яскраво пофарбовані в різні кольори, в сутінкової зоні (морський окунь, корали, ракоподібні) пофарбовані в кольори з червоним відтінком - зручніше ховатися від ворогів. Глибоководні види позбавлені пігментів.

Характерними властивостями водного середовища, відмінними від суші, є висока щільність, рухливість, кислотність, здатність розчинення газів і солей. Для всіх цих умов у гідробіонтів історично вироблені відповідні пристосування-адаптації.

Які пристосування гідробіонтів до високої щільності води?

Воді властива висока щільність (1 г / см3, що в 800 разів більше щільності повітря) і в'язкість.

1) У рослин дуже слабо розвинені або зовсім відсутні механічні тканини - їм опора сама вода. Більшості властива плавучість, за рахунок повітроносних міжклітинних порожнин. Характерно активну вегетативне розмноження, розвиток гідрохорія - винос квітконосів над водою і поширення пилку, насіння і спор поверхневими течіями.

2) У живуть в товщі води і активно плаваючих тварин тіло має обтічну форму і змазано слизом, що зменшує тертя при пересуванні. Розвинені пристосування для підвищення плавучості: скупчення жиру в тканинах, плавальні міхури у риб, повітроносні порожнини у сифонофор. У пасивно плаваючих тварин збільшується питома поверхня тіла за рахунок виростів, шипів, придатків; тіло ущільнюється, відбувається редукція скелетних органів. Різні способи пересування: згинання тіла, за допомогою джгутиків, війок, реактивний спосіб пересування (головомоллюскі).

У придонних тварин зникає або слабо розвинений скелет, збільшуються розміри тіла, звичайна редукція зору, розвиток відчутних органів.

Які пристосування гідробіонтів до рухливості води?

Характерна риса водного середовища - рухливість. Вона обумовлена ​​приливами і відливами, морськими течіями, штормами, різними рівнями висотних відміток русел річок.

1) У проточних водоймах рослини міцно прикріплюються до нерухомих підводних предметів. Донна поверхня для них в першу чергу - субстрат. Це зелені (Cladophora) і діатомові (Diatomeae) водорості, водяні мохи. Мохи навіть утворюють щільний покрив на швидких перекатах річок. У прибійний-відливної смузі морів і багато тварин мають пристосування для прикріплення до дна (черевоногі молюски, вусоногі раки), або ж ховаються в ущелинах.

2) У риб проточних вод тіло в поперечнику кругле, а у риб, що мешкають у дна, як і у придонних безхребетних тварин, тіло плоске. У багатьох на черевній стороні є органи фіксації до підводних предметів.

Які пристосування гідробіонтів до солоності води?

Природним водойм властивий певний хімічний склад. Переважають карбонати, сульфати, хлориди. У прісних водоймах концентрація солей не більше 0,5 г /, в морях - від 12 до 35 г / л (проміле - десяті частки відсотка). При солоності більше 40 проміле водойму називають гіпергалінним або пересоленим.

1) У прісній воді (гіпотонічна середа) добре виражені процеси осморегуляции. Гідробіонти змушені постійно видаляти проникаючу в них воду, вони гомойосмотічни (інфузорії кожні 2-3 хвилини «прокачують» через себе кількість води, що дорівнює її вазі). У солоній воді (изотоническая середа) концентрація солей в тілах і тканинах гідробіонтів однакова (ізотонічний) з концентрацією солей, розчинених у воді - вони пойкілоосмотічни. Тому у мешканців солоних водойм осморегуляторной функції не розвинені, і вони не змогли заселити прісні водойми.

2) Водні рослини здатні поглинати воду і поживні речовини з води - «бульйону», всією поверхнею, тому у них сильно розчленовані листя і слабо розвинені провідні тканини і коріння. Коріння служать в основному для прикріплення до підводного субстрату. У більшості рослин прісних водойм є коріння.

Типово морські і типово прісноводні види - стеногалінние, не переносять значних змін в солоності води. Евригалінних видів небагато. Вони звичайні в солонуватих водах (прісноводний судак, щука, лящ, кефаль, приморські лососі).

Яке відношення гідробіонтів до складу газів у воді?

Вуглекислого газу у воді досить - майже в 700 разів більше, ніж в повітрі. Він використовується у фотосинтезі рослин і йде на формування вапняних скелетних утворень тварин (раковини молюсків, покриви ракоподібних, каркаси радиолярий і ін.).

Яке відношення гідробіонтів до кислотності?

У прісноводних водоймах кислотність води, або концентрація водневих іонів, варіює набагато сильніше, ніж в морських - від pH = 3,7-4,7 (кислі) до pH = 7,8 (лужні). Кислотністю води визначається багато в чому видовий склад рослин гідробіонтів. У кислих водах боліт ростуть сфагнові мохи та живуть в достатку раковини корненожки, але немає молюсків-беззубок (Unio), рідко зустрічаються інші молюски. У лужному середовищі розвиваються багато видів рдестов, елодея. Більшість прісноводних риб живуть в діапазоні pH від 5 до 9 і масово гинуть за межами цих значень.

Кислотність морської води зменшується з глибиною.

Про екологічну пластичність гідробіонтів. Прісноводні рослини і тварини екологічно більш пластичні (Еврітермние, еврігаленни), ніж морські, мешканці прибережних зон більш пластичні (Еврітермние), ніж глибоководні. Є види, що володіють вузькою екологічною пластичністю по відношенню до одного фактору (лотос - стенотермним вид, рачок артемія (Artimia solina) - стеногаленний) і широкою - по відношенню до інших. Більш пластичні організми щодо тих факторів, які більш мінливі. І саме вони поширені більш широко (елодея, корненожки Cyphoderia ampulla). Залежить пластичність і від віку і фази розвитку.