stringtranslate.com

Водная экосистема

Водная экосистема — это экосистема, находящаяся в водоеме и вокруг него , в отличие от наземных экосистем . Водные экосистемы содержат сообщества организмов — водную жизнь — которые зависят друг от друга и от окружающей среды. Два основных типа водных экосистем — это морские экосистемы и пресноводные экосистемы . [1] Пресноводные экосистемы могут быть стоячими (медленно движущаяся вода, включая бассейны , пруды и озера ); проточными (быстро движущаяся вода, например, ручьи и реки ); и водно-болотными угодьями (области, где почва насыщена или затоплена, по крайней мере, часть времени). [2]

Типы

Морские экосистемы

Коралловые рифы образуют сложные морские экосистемы с огромным биоразнообразием .
Морские экосистемы являются крупнейшими из водных экосистем Земли и существуют в водах с высоким содержанием соли. Эти системы контрастируют с пресноводными экосистемами , которые имеют более низкое содержание соли . Морские воды покрывают более 70% поверхности Земли и составляют более 97% запасов воды на Земле [3] [4] и 90% обитаемого пространства на Земле. [5] Морская вода имеет среднюю соленость 35 частей на тысячу воды. Фактическая соленость варьируется в зависимости от различных морских экосистем. [6] Морские экосистемы можно разделить на множество зон в зависимости от глубины воды и особенностей береговой линии. Океаническая зона — это обширная открытая часть океана, где обитают такие животные, как киты, акулы и тунец. Бентическая зона состоит из субстратов под водой, где обитают многие беспозвоночные. Приливная зона — это область между приливами и отливами. Другие прибрежные (неритические) зоны могут включать илистые отмели , луга морской травы , мангровые заросли , скалистые приливные системы , солончаки , коралловые рифы , лагуны . В глубокой воде могут встречаться гидротермальные источники , где хемосинтетические серные бактерии образуют основу пищевой сети.

Морская прибрежная экосистема

Морская прибрежная экосистема — это морская экосистема , которая встречается там, где суша встречается с океаном. Во всем мире существует около 620 000 километров (390 000 миль) береговой линии. Прибрежные местообитания простираются до границ континентальных шельфов , занимая около 7 процентов площади поверхности океана. Морские прибрежные экосистемы включают в себя множество очень разных типов морских местообитаний , каждое из которых имеет свои собственные характеристики и видовой состав. Они характеризуются высоким уровнем биоразнообразия и продуктивности.

Экосистема морской поверхности

Организмы, которые свободно живут на поверхности океана, называемые нейстоном , включают в себя ключевые организмы, такие как золотистая водоросль саргассум , которая составляет Саргассово море , плавающие ракушки , морские улитки , голожаберники и книдарии . Многие экологически и экономически важные виды рыб живут как нейстон или зависят от него. Виды на поверхности распределены неравномерно; поверхность океана обеспечивает среду обитания для уникальных нейстонных сообществ и экорегионов, встречающихся только на определенных широтах и ​​только в определенных океанических бассейнах. Но поверхность также находится на передовой линии изменения климата и загрязнения. Жизнь на поверхности океана соединяет миры. От мелководья до глубокого моря, от открытого океана до рек и озер многочисленные наземные и морские виды зависят от поверхностной экосистемы и организмов, встречающихся там. [7]

Пресноводные экосистемы

Пресноводная экосистема
Пресноводные экосистемы являются подмножеством водных экосистем Земли. Они включают озера , пруды , реки , ручьи , источники , болота и водно-болотные угодья . [8] Их можно противопоставить морским экосистемам , которые имеют большее содержание соли . Пресноводные местообитания можно классифицировать по различным факторам, включая температуру, проникновение света, питательные вещества и растительность. Существует три основных типа пресноводных экосистем: лентические (медленно движущаяся вода, включая бассейны , пруды и озера ), проточные (быстро движущаяся вода, например, ручьи и реки ) и водно-болотные угодья (районы, где почва насыщена или затоплена по крайней мере часть времени). [9] [8] Пресноводные экосистемы содержат 41% известных в мире видов рыб. [10]

Непроточные экосистемы (озера)

Озерная экосистема или озерная экосистема включает биотические (живые) растения , животных и микроорганизмы , а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия. [11] Озерные экосистемы являются ярким примером ленточных экосистем ( ленточный относится к неподвижной или относительно неподвижной пресной воде , от латинского lentus , что означает «вялый»), которые включают пруды , озера и водно-болотные угодья , и большая часть этой статьи относится к ленточным экосистемам в целом. Ленточные экосистемы можно сравнить с проточными экосистемами , которые включают текущие наземные воды, такие как реки и ручьи . Вместе эти две экосистемы являются примерами пресноводных экосистем .

Проточная экосистема (реки)

Этот поток, взаимодействующий с окружающей средой, можно рассматривать как образующий речную экосистему.

Речные экосистемы — это текущие воды, которые истощают ландшафт и включают биотические (живые) взаимодействия между растениями, животными и микроорганизмами, а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия его многочисленных частей. [12] [13] Речные экосистемы являются частью более крупных водораздельных сетей или водосборов, где более мелкие верховья ручьев впадают в средние по размеру ручьи, которые постепенно впадают в более крупные речные сети. Основные зоны в речных экосистемах определяются градиентом русла реки или скоростью течения. Более быстро движущаяся турбулентная вода обычно содержит более высокие концентрации растворенного кислорода , что поддерживает большее биоразнообразие, чем медленно движущаяся вода бассейнов. Эти различия составляют основу для разделения рек на горные и равнинные реки.

Кормовая база ручьев в прибрежных лесах в основном формируется за счет деревьев, но более широкие ручьи и те, у которых отсутствует полог, получают большую часть своей кормовой базы из водорослей. Проходные рыбы также являются важным источником питательных веществ. Экологические угрозы для рек включают потерю воды, плотины, химическое загрязнение и интродуцированные виды . [14] Плотина вызывает негативные эффекты, которые продолжаются вниз по водоразделу. Наиболее важными негативными эффектами являются сокращение весенних паводков, что наносит ущерб водно-болотным угодьям, и удержание осадка, что приводит к потере дельтовых водно-болотных угодий. [15]

Водно-болотные угодья

Водно -болотные угодья — это особая полуводная экосистема , почвенный покров которой затоплен или насыщен водой , либо постоянно, в течение многих лет или десятилетий, либо только сезонно. Наводнение приводит к процессам с низким содержанием кислорода ( аноксичным ), особенно в почвах . [16] Водно-болотные угодья образуют переходную зону между водоемами и сухими землями и отличаются от других наземных или водных экосистем тем, что корни их растительности приспособились к заболоченным почвам с низким содержанием кислорода . [17] Они считаются одними из самых биологически разнообразных из всех экосистем, служащих средой обитания для широкого спектра водных и полуводных растений и животных , с часто улучшенным качеством воды из-за удаления растениями избыточных питательных веществ, таких как нитраты и фосфор .

Функции

Водные экосистемы выполняют множество важных экологических функций. Например, они перерабатывают питательные вещества , очищают воду, смягчают наводнения, пополняют запасы грунтовых вод и обеспечивают среду обитания для диких животных. [18] Биота водной экосистемы способствует ее самоочищению, в первую очередь микроорганизмы, фитопланктон, высшие растения, беспозвоночные, рыбы, бактерии, простейшие, водные грибы и многое другое. Эти организмы активно участвуют в многочисленных процессах самоочищения, включая разрушение органического вещества и фильтрацию воды. Крайне важно, чтобы водные экосистемы надежно самоподдерживались, поскольку они также обеспечивают среду обитания для видов, которые в них обитают. [19]

Помимо экологических функций, водные экосистемы также используются для отдыха людей и очень важны для туристической индустрии, особенно в прибрежных районах. [20] Они также используются в религиозных целях, таких как поклонение реке Иордан христианами, и в образовательных целях, таких как использование озер для экологического изучения . [21]

Биотические характеристики (живые компоненты)

Биотические характеристики в основном определяются организмами, которые встречаются. Например, болотные растения могут образовывать плотные навесы, которые покрывают большие площади отложений, или улитки или гуси могут пастись на растительности, оставляя большие илистые отмели. Водная среда имеет относительно низкий уровень кислорода, что заставляет организмы, обитающие там, адаптироваться. Например, многие болотные растения должны производить аэренхиму , чтобы переносить кислород к корням. Другие биотические характеристики более тонкие и их трудно измерить, такие как относительная важность конкуренции, мутуализма или хищничества. [22] Растет число случаев, когда хищничество прибрежных травоядных, включая улиток, гусей и млекопитающих, по-видимому, является доминирующим биотическим фактором. [23]

Автотрофные организмы

Автотрофные организмы — это производители, которые генерируют органические соединения из неорганического материала. Водоросли используют солнечную энергию для генерации биомассы из углекислого газа и, возможно, являются наиболее важными автотрофными организмами в водной среде. [24] Чем мельче вода, тем больше вклад биомассы от укорененных и плавающих сосудистых растений. Эти два источника объединяются, чтобы производить необычайную продукцию эстуариев и водно-болотных угодий, поскольку эта автотрофная биомасса преобразуется в рыбу, птиц, земноводных и другие водные виды.

Хемосинтетические бактерии встречаются в донных морских экосистемах. Эти организмы способны питаться сероводородом в воде, которая поступает из вулканических жерл . Большие концентрации животных, которые питаются этими бактериями, встречаются вокруг вулканических жерл. Например, существуют гигантские трубчатые черви ( Riftia pachyptila ) длиной 1,5 м и моллюски ( Calyptogena magnifica ) длиной 30 см. [25]

Гетеротрофные организмы

Гетеротрофные организмы потребляют автотрофные организмы и используют органические соединения в их телах в качестве источников энергии и сырья для создания собственной биомассы . [24]

Эвригалинные организмы устойчивы к соли и могут выживать в морских экосистемах, в то время как стеногалинные или неустойчивые к соли виды могут жить только в пресноводной среде. [26]

Абиотические характеристики (неживые компоненты)

Экосистема состоит из биотических сообществ, которые структурированы биологическими взаимодействиями и абиотическими факторами окружающей среды. Некоторые из важных абиотических факторов окружающей среды водных экосистем включают тип субстрата, глубину воды, уровень питательных веществ, температуру, соленость и течение. [22] [18] Часто бывает трудно определить относительную важность этих факторов без довольно больших экспериментов. Могут быть сложные циклы обратной связи. Например, осадок может определять наличие водных растений, но водные растения могут также улавливать осадок и добавлять его в осадок через торф.

Количество растворенного кислорода в водоеме часто является ключевым веществом в определении объема и видов органической жизни в водоеме. Рыбам необходим растворенный кислород для выживания, хотя их толерантность к низкому содержанию кислорода различается у разных видов; в экстремальных случаях низкого содержания кислорода некоторые рыбы даже прибегают к заглатыванию воздуха. [27] Растениям часто приходится производить аэренхиму , в то время как форма и размер листьев также могут быть изменены. [28] И наоборот, кислород смертелен для многих видов анаэробных бактерий. [24]

Уровни питательных веществ важны для контроля численности многих видов водорослей. [29] Относительное содержание азота и фосфора может фактически определять, какие виды водорослей станут доминировать. [30] Водоросли являются очень важным источником пищи для водной флоры и фауны, но в то же время, если их становится слишком много, они могут вызвать сокращение популяции рыбы, когда они разлагаются. [31] Подобный избыток водорослей в прибрежных средах, таких как Мексиканский залив, создает при разложении гипоксическую область воды, известную как мертвая зона . [32]

Соленость водоема также является определяющим фактором в видах видов, встречающихся в водоеме. Организмы в морских экосистемах переносят соленость, в то время как многие пресноводные организмы не переносят соль. Степень солености в эстуарии или дельте является важным фактором контроля типа водно-болотных угодий (пресные, промежуточные или солоноватые) и связанных с ними видов животных. Плотины, построенные выше по течению, могут уменьшить весенние паводки и уменьшить накопление осадков, и, следовательно, могут привести к вторжению соленой воды в прибрежные водно-болотные угодья. [22]

Пресная вода, используемая для орошения, часто содержит соли, вредные для пресноводных организмов. [24]

Угрозы

Здоровье водной экосистемы ухудшается, когда способность экосистемы поглощать стресс превышена. Стресс для водной экосистемы может быть результатом физических, химических или биологических изменений в окружающей среде. Физические изменения включают изменения температуры воды, расхода воды и доступности света. Химические изменения включают изменения в скорости загрузки биостимулирующих питательных веществ, материалов, потребляющих кислород, и токсинов. Биологические изменения включают чрезмерный вылов коммерческих видов и внедрение экзотических видов. Человеческое население может оказывать чрезмерную нагрузку на водные экосистемы. [18] Изменение климата, вызванное антропогенной деятельностью, может нанести вред водным экосистемам, нарушив текущие закономерности распределения растений и животных. Оно негативно повлияло на глубоководное биоразнообразие, разнообразие прибрежных рыб, ракообразных, коралловые рифы и другие биотические компоненты этих экосистем. [33] Искусственно созданные водные экосистемы, такие как канавы, пруды для аквакультуры и ирригационные каналы, также могут наносить вред естественным экосистемам, жертвуя биоразнообразием для их предполагаемых целей. Например, канавы в основном используются для дренажа, но их наличие также отрицательно влияет на биоразнообразие. [34]

Существует множество примеров чрезмерных стрессов с негативными последствиями. Экологическая история Великих озер Северной Америки иллюстрирует эту проблему, в частности, как могут сочетаться множественные стрессы, такие как загрязнение воды , чрезмерный вылов и инвазивные виды . [31] Норфолкские широколиственные земли в Англии иллюстрируют схожий спад с загрязнением и инвазивными видами. [35] Озеро Пончартрейн вдоль Мексиканского залива иллюстрирует негативные последствия различных стрессов, включая строительство дамб, вырубку болот, инвазивные виды и вторжение соленой воды . [36]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Александр, Дэвид Э.; Фэрбридж, Родс У., ред. (1999). Энциклопедия наук об окружающей среде . Kluwer Academic Publishers, Springer . стр. 27. ISBN 0-412-74050-8– через Интернет-архив.
  2. ^ Ваккари, Дэвид А.; Стром, Питер Ф.; Аллеман, Джеймс Э. (2005). Экологическая биология для инженеров и ученых . Wiley-Interscience . ISBN 0-471-74178-7.[ нужна страница ]
  3. ^ "Oceanic Institute". www.oceanicinstitute.org . Архивировано из оригинала 3 января 2019 года . Получено 1 декабря 2018 года .
  4. ^ "Ocean Habitats and Information". 5 января 2017 г. Архивировано из оригинала 1 апреля 2017 г. Получено 1 декабря 2018 г.
  5. ^ «Факты и цифры о морском биоразнообразии | Организация Объединенных Наций по вопросам образования, науки и культуры». www.unesco.org . Получено 1 декабря 2018 г. .
  6. ↑ Агентство по охране окружающей среды США (2 марта 2006 г.). «Морские экосистемы» . Получено 25 августа 2006 г.
  7. ^ Хелм, Ребекка Р. (28 апреля 2021 г.). «Таинственная экосистема на поверхности океана». PLOS Biology . 19 (4). Публичная научная библиотека (PLoS): e3001046. doi : 10.1371/journal.pbio.3001046 . ISSN  1545-7885. PMC 8081451. PMID  33909611 .  Материал скопирован из этого источника, который доступен по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International.
  8. ^ ab Wetzel, Robert G. (2001). Лимнология: экосистемы озер и рек (3-е изд.). Сан-Диего: Academic Press. ISBN 978-0127447605. OCLC  46393244.
  9. ^ Ваккари, Дэвид А. (8 ноября 2005 г.). Экологическая биология для инженеров и ученых . Wiley-Interscience . ISBN 0-471-74178-7.
  10. ↑ Daily, Гретхен С. (1 февраля 1997 г.). Nature's Services . Island Press . ISBN 1-55963-476-6.
  11. ^ Браун, АЛ (1987). Экология пресной воды . Heinimann Educational Books, Лондон. стр. 163. ISBN 0435606220.
  12. ^ Энджелье, Э. 2003. Экология ручьев и рек. Science Publishers, Inc., Энфилд. С. 215.
  13. ^ "Biology Concepts & Connections Sixth Edition", Кэмпбелл, Нил А. (2009), стр. 2, 3 и G-9. Получено 14 июня 2010 г.
  14. ^ Александр, Дэвид Э. (1 мая 1999 г.). Энциклопедия наук об окружающей среде . Springer . ISBN 0-412-74050-8.
  15. ^ Кедди, Пол А. (2010). Экология водно-болотных угодий. Принципы и сохранение . Cambridge University Press. стр. 497. ISBN 978-0-521-51940-3.
  16. ^ Кедди, П. А. (2010). Экология водно-болотных угодий: принципы и сохранение (2-е изд.). Нью-Йорк: Cambridge University Press. ISBN 978-0521519403. Архивировано из оригинала 17 марта 2023 г. . Получено 3 июня 2020 г. .
  17. ^ "Официальная страница Рамсарской конвенции" . Получено 25 сентября 2011 г.
  18. ^ abc Loeb, Stanford L. (24 января 1994 г.). Биологический мониторинг водных систем . CRC Press . ISBN 0-87371-910-7.
  19. ^ Остроумов, С.А. (2005). «О многофункциональной роли биоты в самоочищении водных экосистем». Российский экологический журнал . 36 (6): 414–420. Bibcode :2005RuJEc..36..414O. doi :10.1007/s11184-005-0095-x. ISSN  1067-4136. S2CID  3172507.
  20. ↑ Daily, Гретхен С. (1 февраля 1997 г.). Nature's Services . Island Press . ISBN 1-55963-476-6.
  21. ^ Родригес, Жуан Мануэль Гарсия (2015), Чичаро, Луис; Мюллер, Феликс; Форер, Никола (ред.), «Культурные услуги в водных экосистемах», Экосистемные услуги и экогидрология речных бассейнов , Дордрехт: Springer Netherlands, стр. 35–56, doi :10.1007/978-94-017-9846-4_3, ISBN 978-94-017-9846-4, получено 18 февраля 2023 г.
  22. ^ abc Keddy, Paul A. (2010). Экология водно-болотных угодий. Принципы и сохранение . Cambridge University Press. стр. 497. ISBN 978-0-521-51940-3.
  23. ^ Силлиман, BR, Гросхольц, ED, и Бертнесс, MD (ред.) (2009). Влияние человека на солончаки: глобальная перспектива. Беркли, Калифорния: Издательство Калифорнийского университета.
  24. ^ abcd Manahan, Stanley E. (1 января 2005 г.). Химия окружающей среды . CRC Press . ISBN 1-56670-633-5.
  25. ^ Chapman, JL; Reiss, MJ (10 декабря 1998 г.). Экология . Cambridge University Press . ISBN 0-521-58802-2.
  26. ↑ Агентство по охране окружающей среды США (2 марта 2006 г.). «Морские экосистемы» . Получено 25 августа 2006 г.
  27. ^ Грэм, Дж. Б. (1997). Воздушнодышащие рыбы. Сан-Диего, Калифорния: Academic Press.
  28. ^ Sculthorpe, CD (1967). Биология водных сосудистых растений. Переиздано в 1985 году Edward Arnold, London.
  29. ^ Смит, В. Х. (1982). Зависимость биомассы водорослей в озерах от азота и фосфора: эмпирический и теоретический анализ. Лимнология и океанография, 27, 1101–12.
  30. ^ Смит, В. Х. (1983). Низкие соотношения азота и фосфора способствуют доминированию сине-зеленых водорослей в фитопланктоне озера. Science, 221, 669–71.
  31. ^ ab Vallentyne, JR (1974). Водорослевая чаша: озера и человек, разное специальное издание № 22. Оттава, Онтарио: Департамент охраны окружающей среды, рыболовства и морской службы.
  32. ^ Тернер, Р. Э. и Рабле, Н. Н. (2003). Связь ландшафта и качества воды в бассейне реки Миссисипи за 200 лет. BioScience, 53, 563–72.
  33. ^ Пракаш, Садгуру (2021). «Влияние изменения климата на водную экосистему и ее биоразнообразие: обзор» (PDF) . Международный журнал биологических инноваций . 03 (2). doi : 10.46505/IJBI.2021.3210. S2CID  237639194.
  34. ^ Кошоррек, Матиас; Даунинг, Андреа С.; Хейзлар, Йозеф; Марсе, Рафаэль; Лаас, Ало; Арндт, Витольд Г.; Келлер, Филипп С.; Смолдерс, Альфонс Дж. П.; ван Дейк, Гийс; Костень, Сарьян (1 февраля 2020 г.). «Скрытые сокровища: созданные человеком водные экосистемы таят в себе неизведанные возможности». Амбио . 49 (2): 531–540. Бибкод : 2020Амбио..49..531К. дои : 10.1007/s13280-019-01199-6. ISSN  1654-7209. ПМК 6965596 . ПМИД  31140158. 
  35. ^ Мосс, Б. (1983). Норфолкский Бродленд: эксперименты по восстановлению сложного водно-болотного угодья. Биологические обзоры Кембриджского философского общества, 58, 521–561.
  36. ^ Кедди, П. А., Кэмпбелл, Д., МакФоллс Т., Шаффер, Г., Моро, Р., Дранге, К. и Хелениак, Р. (2007). Водно-болотные угодья озер Пончартрейн и Морепа: прошлое, настоящее и будущее. Environmental Reviews, 15, 1–35.
На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пресноводные экосистемы» .