stringtranslate.com

Пресноводная экосистема

Пресноводная экосистема

Пресноводные экосистемы являются подмножеством водных экосистем Земли . Они включают озера , пруды , реки , ручьи , источники , болота и водно-болотные угодья . [1] 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). [2] [1] Пресноводные экосистемы содержат 41% известных в мире видов рыб. [3]

Пресноводные экосистемы со временем претерпели существенные изменения, что повлияло на различные характеристики экосистем. [4] Первоначальные попытки понять и контролировать пресноводные экосистемы были вызваны угрозами здоровью человека (например, вспышками холеры из -за загрязнения сточными водами ). [5] Ранний мониторинг был сосредоточен на химических индикаторах, затем на бактериях и, наконец, на водорослях, грибах и простейших. Новый тип мониторинга включает в себя количественную оценку различных групп организмов ( макробеспозвоночных , макрофитов и рыб ) и измерение связанных с ними условий потока. [6]

Угрозы пресноводному биоразнообразию включают чрезмерную эксплуатацию , загрязнение воды , изменение течения, разрушение или деградацию среды обитания и вторжение экзотических видов . [7] Изменение климата оказывает дополнительное давление на эти экосистемы , поскольку температура воды уже выросла примерно на 1 °C, и произошло значительное сокращение ледового покрова, что вызвало последующие стрессы для экосистем. [8]

Типы

Существует три основных типа пресноводных экосистем: Лентические (медленно текущая вода, включая бассейны , пруды и озера ), проточные (быстро текущая вода, например, ручьи и реки ) и водно-болотные угодья (области, где почва насыщена или затоплена по крайней мере часть времени). Лимнология (и ее раздел пресноводная биология ) — это исследование пресноводных экосистем. [1]

Непроточные экосистемы

Три основные зоны озера

Озерная экосистема или озерная экосистема включает биотические (живые) растения , животных и микроорганизмы , а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия. [9] 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.

Лентические системы разнообразны, начиная от небольшого временного бассейна с дождевой водой глубиной в несколько дюймов до озера Байкал , максимальная глубина которого составляет 1642 м. [10] Общее различие между бассейнами/прудами и озерами нечеткое, но Браун [9] утверждает, что у прудов и бассейнов вся поверхность дна открыта для света, а у озер — нет. Кроме того, некоторые озера сезонно стратифицируются. Пруды и бассейны имеют две области: пелагическую зону открытой воды и бентосную зону , которая включает в себя области дна и берега. Поскольку у озер есть глубокие области дна, не открытые для света, эти системы имеют дополнительную зону, профундальную . [11] Эти три области могут иметь очень разные абиотические условия и, следовательно, виды-хозяева, которые специально приспособлены для жизни там. [9]

Лотические экосистемы

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]

Речные экосистемы являются яркими примерами проточных экосистем. Проточная вода относится к текущей воде, от латинского слова lotus , что означает промываемый. Проточные воды варьируются от источников шириной всего в несколько сантиметров до крупных рек шириной в километры. [16] Большая часть этой статьи относится к проточным экосистемам в целом, включая связанные проточные системы, такие как ручьи и источники . Проточные экосистемы можно противопоставить непроточным экосистемам , которые включают относительно неподвижные наземные воды, такие как озера, пруды и водно-болотные угодья . Вместе эти две экосистемы образуют более общую область изучения пресноводной или водной экологии .

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 . [17] 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 . [18] 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 .

Водно-болотные угодья существуют на каждом континенте , за исключением Антарктиды . [19] Вода в водно-болотных угодьях бывает пресной , солоноватой или соленой . [18] Основные типы водно-болотных угодий определяются на основе доминирующих растений и источника воды. Например, болота — это водно-болотные угодья, в которых преобладает надводная травянистая растительность, такая как тростник , рогоз и осока . Болота преобладают древесной растительностью, такой как деревья и кустарники (хотя тростниковые болота в Европе заселены тростником, а не деревьями). Мангровые леса — это водно-болотные угодья с мангровыми зарослями , галофитными древесными растениями, которые эволюционировали, чтобы переносить соленую воду .

Примерами водно-болотных угодий, классифицированных по источникам воды, являются приливные водно-болотные угодья , где источником воды являются океанские приливы ); эстуарии , источником воды являются смешанные приливные и речные воды; поймы , источником воды являются избытки воды из переполненных рек или озер; и болота и весенние пруды , источником воды являются дождевые или талые воды . [17] [20] Крупнейшие в мире водно-болотные угодья включают бассейн реки Амазонки , Западно-Сибирскую равнину , [21] Пантанал в Южной Америке, [22] и Сундарбан в дельте Ганга - Брахмапутры . [23 ]

Угрозы

Биоразнообразие

Пять основных угроз пресноводному биоразнообразию включают чрезмерную эксплуатацию , загрязнение воды , изменение течения, разрушение или деградацию среды обитания и вторжение экзотических видов . [7] Недавние тенденции вымирания можно в значительной степени отнести к седиментации, фрагментации рек, химическим и органическим загрязнителям, плотинам и инвазивным видам. [24] Распространенные химические нагрузки на здоровье пресноводной экосистемы включают подкисление, эвтрофикацию и загрязнение медью и пестицидами. [25]

Биоразнообразие пресноводных видов сталкивается со многими угрозами. [26] Индекс живой планеты Всемирного фонда природы отметил 83%-ное снижение популяций пресноводных позвоночных в период с 1970 по 2014 год. [27] Это снижение продолжает опережать современное снижение в морских или наземных системах. Причины этого снижения связаны с: [28] [26]

  1. Быстро меняющийся климат
  2. Онлайн-торговля дикими животными и инвазивными видами
  3. Инфекционные заболевания
  4. Цветение токсичных водорослей
  5. Строительство гидроэлектростанций и дробление половины рек мира
  6. Новые загрязняющие вещества, такие как гормоны
  7. Разработанные наноматериалы
  8. Микропластиковое загрязнение
  9. Световые и шумовые помехи
  10. Более соленые прибрежные пресные воды из-за повышения уровня моря
  11. Концентрация кальция падает ниже уровня, необходимого некоторым пресноводным организмам
  12. Аддитивные и, возможно, синергетические эффекты этих угроз

Инвазивные виды

Инвазивные растения и животные являются серьезной проблемой для пресноводных экосистем, [29] во многих случаях вытесняя местные виды и изменяя состояние воды. Интродуцированные виды особенно разрушительны для экосистем, которые являются домом для исчезающих видов. Примером этого является конкуренция азиатского карпа с веслоносом в реке Миссисипи . [30] Распространенными причинами появления инвазивных видов в пресноводных экосистемах являются выпуск в аквариумы , интродукция для спортивной рыбалки и интродукция для использования в качестве пищевой рыбы. [31]

Вымирание пресноводной фауны

С 1900 года в Северной Америке вымерло более 123 видов пресноводной фауны. Из североамериканских пресноводных видов, по оценкам, 48,5% мидий, 22,8% брюхоногих моллюсков , 32,7% раков, 25,9% земноводных и 21,2% рыб находятся под угрозой исчезновения или находятся под угрозой исчезновения. [24] Темпы вымирания многих видов могут значительно возрасти в следующем столетии из-за инвазивных видов, потери ключевых видов и видов, которые уже функционально вымерли (например, виды, которые не размножаются). [24] Даже по консервативным оценкам, темпы вымирания пресноводных рыб в Северной Америке в 877 раз превышают фоновые темпы вымирания (1 на 3 000 000 лет). [32] Прогнозируемые темпы вымирания пресноводных животных примерно в пять раз выше, чем у наземных животных, и сопоставимы с темпами для сообществ тропических лесов. [24] Учитывая плачевное состояние биоразнообразия пресноводных ресурсов, группа ученых и практиков со всего мира недавно разработала План чрезвычайных действий, чтобы попытаться восстановить биоразнообразие пресноводных ресурсов. [33]

Современные методы биомониторинга пресной воды в первую очередь фокусируются на структуре сообщества, но некоторые программы измеряют функциональные показатели, такие как биохимическая (или биологическая) потребность в кислороде, потребность в кислороде отложений и растворенный кислород. [6] Структура сообщества макробеспозвоночных обычно отслеживается из-за разнообразной таксономии, простоты сбора, чувствительности к ряду стрессоров и общей ценности для экосистемы. [34] Кроме того, структура сообщества водорослей (часто с использованием диатомовых водорослей) измеряется в программах биомониторинга. Водоросли также таксономически разнообразны, легко собираются, чувствительны к ряду стрессоров и в целом ценны для экосистемы. [35] Водоросли растут очень быстро, и сообщества могут отражать быстрые изменения в условиях окружающей среды. [35]

В дополнение к структуре сообщества, реакции на стрессоры, связанные с пресной водой, изучаются экспериментальными исследованиями, которые измеряют изменения поведения организмов, измененные темпы роста, воспроизводства или смертности. [6] Экспериментальные результаты на отдельных видах в контролируемых условиях не всегда могут отражать естественные условия и многовидовые сообщества. [6]

Использование контрольных участков является обычным при определении идеализированного « здоровья» пресноводной экосистемы. Контрольные участки могут быть выбраны пространственно, путем выбора участков с минимальным воздействием от вмешательства и влияния человека. [6] Однако контрольные условия могут быть также установлены временно, используя сохраненные индикаторы, такие как створки диатомовых водорослей, пыльца макрофитов, хитин насекомых и чешуя рыб, которые могут использоваться для определения условий до крупномасштабного вмешательства человека. [6] Эти временные контрольные условия часто легче реконструировать в стоячей воде, чем в движущейся воде, поскольку стабильные отложения могут лучше сохранять биологические индикаторные материалы.

Изменение климата

Последствия изменения климата значительно усложняют и часто усугубляют воздействие других стрессоров, которые угрожают многим рыбам, [36] беспозвоночным, [37] фитопланктону, [38] и другим организмам. Изменение климата повышает среднюю температуру водоемов и ухудшает другие проблемы, такие как изменения в составе субстрата , концентрации кислорода и другие системные изменения, которые оказывают волновое воздействие на биологию системы. [8] Температура воды уже выросла примерно на 1 °C, а значительное сокращение ледового покрова вызвало последующие стрессы экосистемы. [8]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Wetzel, Robert G. (2001). Лимнология: экосистемы озер и рек (3-е изд.). Сан-Диего: Academic Press. ISBN 978-0127447605. OCLC  46393244.
  2. ^ Ваккари, Дэвид А. (8 ноября 2005 г.). Экологическая биология для инженеров и ученых . Wiley-Interscience . ISBN 0-471-74178-7.
  3. ↑ Daily, Гретхен С. (1 февраля 1997 г.). Nature's Services . Island Press . ISBN 1-55963-476-6.
  4. ^ Карпентер, Стивен Р.; Стэнли, Эмили Х.; Вандер Занден, М. Джейк (2011). «Состояние пресноводных экосистем мира: физические, химические и биологические изменения». Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 36 (1): 75–99. doi : 10.1146/annurev-environ-021810-094524 . ISSN  1543-5938.
  5. ^ Рудольфс, Виллем; Фальк, Ллойд Л.; Рагоцки, РА (1950). «Обзор литературы о появлении и выживании кишечных, патогенных и родственных организмов в почве, воде, сточных водах и илах, а также в растительности: I. Бактериальные и вирусные заболевания». Сточные воды и промышленные отходы . 22 (10): 1261–1281. JSTOR  25031419.
  6. ^ abcdef Фриберг, Николай; Бонада, Нурия; Брэдли, Дэвид К.; Данбар, Майкл Дж.; Эдвардс, Франсуа К.; Грей, Джонатан; Хейс, Ричард Б.; Хилдрю, Алан Г.; Ламуру, Николас (2011), «Биомониторинг антропогенного воздействия на пресноводные экосистемы», Advances in Ecological Research , Elsevier, стр. 1–68, doi :10.1016/b978-0-12-374794-5.00001-8, ISBN 9780123747945
  7. ^ ab Dudgeon, David; Arthington, Angela H.; Gessner, Mark O.; Kawabata, Zen-Ichiro; Knowler, Duncan J.; Lévêque, Christian; Naiman, Robert J.; Prieur-Richard, Anne-Hélène; Soto, Doris (12.12.2005). «Биоразнообразие пресноводных водоемов: важность, угрозы, статус и проблемы сохранения». Biological Reviews . 81 (2): 163–82. CiteSeerX 10.1.1.568.4047 . doi :10.1017/s1464793105006950. ISSN  1464-7931. PMID  16336747. S2CID  15921269. 
  8. ^ abc Parmesan, Camille; Morecroft, Mike; Trisurat, Yongyut; et al. "Глава 2: Наземные и пресноводные экосистемы и их услуги" (PDF) . Изменение климата 2022: воздействия, адаптация и уязвимость . Вклад Рабочей группы II в Шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Межправительственная группа экспертов по изменению климата . Архивировано из оригинала (PDF) 28.02.2022 . Получено 03.03.2022 .
  9. ^ abc Brown, AL (1987). Экология пресной воды . Heinimann Educational Books, Лондон. стр. 163. ISBN 0435606220.
  10. ^ Brönmark, C.; LA Hansson (2005). Биология озер и прудов . Oxford University Press, Оксфорд. стр. 285. ISBN 0198516134.
  11. ^ Калфф, Дж. (2002). Лимнология . Prentice Hall, Аппер Сэддл, Нью-Джерси. стр. 592. ISBN 0130337757.
  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. ^ Аллан, Дж. Д. 1995. Экология рек: структура и функции текущих вод. Chapman and Hall, Лондон. С. 388.
  17. ^ ab Keddy, PA (2010). Экология водно-болотных угодий: принципы и сохранение (2-е изд.). Нью-Йорк: Cambridge University Press. ISBN 978-0521519403. Архивировано из оригинала 2023-03-17 . Получено 2020-06-03 .
  18. ^ ab "Официальная страница Рамсарской конвенции" . Получено 2011-09-25 .
  19. ^ Дэвидсон, NC (2014). «Сколько водно-болотных угодий потерял мир? Долгосрочные и недавние тенденции в области водно-болотных угодий в мире». Исследования морской и пресной воды . 65 (10): 934–941. doi :10.1071/MF14173. S2CID  85617334.
  20. ^ "US EPA". 2015. Получено 25.09.2011 .
  21. ^ Фрейзер, Л.; Кедди, П.А., ред. (2005). Крупнейшие водно-болотные угодья мира: их экология и сохранение. Кембридж, Великобритания: Cambridge University Press. ISBN 978-0521834049.
  22. ^ "WWF Pantanal Programme" . Получено 2011-09-25 .
  23. ^ Giri, C.; Pengra, B.; Zhu, Z.; Singh, A.; Tieszen, LL (2007). «Мониторинг динамики мангровых лесов Сундарбана в Бангладеш и Индии с использованием многовременных спутниковых данных с 1973 по 2000 год». Estuarine, Coastal and Shelf Science . 73 (1–2): 91–100. Bibcode : 2007ECSS...73...91G. doi : 10.1016/j.ecss.2006.12.019.
  24. ^ abcd Риккарди, Энтони; Расмуссен, Джозеф Б. (1999-10-23). ​​"Темпы вымирания североамериканской пресноводной фауны". Conservation Biology . 13 (5): 1220–1222. Bibcode :1999ConBi..13.1220R. doi :10.1046/j.1523-1739.1999.98380.x. ISSN  0888-8892. S2CID  85338348.
  25. ^ Xu, F (сентябрь 2001 г.). «Оценка здоровья экосистемы озера: индикаторы и методы». Water Research . 35 (13): 3157–3167. Bibcode : 2001WatRe..35.3157X. doi : 10.1016/s0043-1354(01)00040-9. ISSN  0043-1354. PMID  11487113.
  26. ^ ab Reid, AJ; et al. (2019). «Возникающие угрозы и постоянные проблемы сохранения пресноводного биоразнообразия». Biological Reviews . 94 (3): 849–873. doi : 10.1111/brv.12480 . PMID  30467930.
  27. ^ "Living Planet Report 2018 | WWF". wwf.panda.org . Получено 2019-04-09 .
  28. ^ Рид, Андреа Джейн; Кук, Стивен Дж. (22 января 2019 г.). «Пресноводные дикие животные сталкиваются с неопределенным будущим». The Conversation . Получено 09.04.2019 .
  29. ^ Каппс, Криста; Флеккер, Александр (22 октября 2013 г.). «Инвазивные аквариумные рыбы преобразуют динамику питательных веществ экосистемы». Труды Королевского общества B: Биологические науки . 280 (1769). doi :10.1098/rspb.2013.1520. PMC 3768308. PMID  23966642 . 
  30. ^ Станция, Джулия Хэмптон, Great Rivers Field. "Азиатские виды карпа". blogs.illinois.edu . Получено 15 апреля 2024 г.{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  31. ^ "Северная змееголовая рыба". Смитсоновский национальный зоопарк и институт биологии охраны природы . Получено 15 апреля 2024 г.
  32. ^ Беркхед, Ноэль М. (сентябрь 2012 г.). «Темпы вымирания пресноводных рыб Северной Америки, 1900–2010 гг.». BioScience . 62 (9): 798–808. doi : 10.1525/bio.2012.62.9.5 . ISSN  1525-3244.
  33. ^ Тикнер, Дэвид; Опперман, Джеффри Дж.; Абелл, Робин; Акреман, Майк; Артингтон, Анджела Х.; Банн, Стюарт Э.; Кук, Стивен Дж.; Далтон, Джеймс; Дарвалл, Уилл; Эдвардс, Гэвин; Харрисон, Ян (01.04.2020). «Преодоление кривой глобальной утраты пресноводного биоразнообразия: план экстренного восстановления». BioScience . 70 (4): 330–342. doi :10.1093/biosci/biaa002. ISSN  0006-3568. PMC 7138689 . PMID  32284631.  
  34. ^ Джонсон, Р. К.; Видерхолм, Т.; Розенберг, Д. М. (1993). Пресноводный биомониторинг и бентосные макробеспозвоночные, 40-158 . С. 40–158.
  35. ^ ab Стивенсон, Р. Ян; Смол, Джон П. (2003), «Использование водорослей в оценках окружающей среды», Пресноводные водоросли Северной Америки , Elsevier, стр. 775–804, doi :10.1016/b978-012741550-5/50024-6, ISBN 9780127415505
  36. ^ Arthington, Angela H.; Dulvy, Nicholas K.; Gladstone, William; Winfield, Ian J. (2016). «Сохранение рыб в пресноводных и морских областях: статус, угрозы и управление». Aquatic Conservation: Marine and Freshwater Ecosystems . 26 (5): 838–857. Bibcode : 2016ACMFE..26..838A. doi : 10.1002/aqc.2712 . hdl : 10072/143075 . ISSN  1099-0755.
  37. ^ Prather, Chelse M.; Pelini, Shannon L.; Laws, Angela; Rivest, Emily; Woltz, Megan; Bloch, Christopher P.; Del Toro, Israel; Ho, Chuan-Kai; Kominoski, John; Newbold, TA Scott; Parsons, Sheena; Joern, A. (2012). «Беспозвоночные, экосистемные услуги и изменение климата: Беспозвоночные, экосистемы и изменение климата». Biological Reviews . 88 (2): 327–348. doi :10.1111/brv.12002. PMID  23217156. S2CID  23578609.
  38. ^ Виндер, Моника; Зоммер, Ульрих (2012). «Реакция фитопланктона на изменение климата». Hydrobiologia . 698 (1): 5–16. doi :10.1007/s10750-012-1149-2. ISSN  0018-8158. S2CID  16907349.


На Викискладе есть медиафайлы по теме «Пресноводные экосистемы» .