Часть III загрязнение и самоочищение водоемов

Изучением водных сообществ занимается гидробиология. В последнее время перед этой наукой встают все новые задачи, имеющие большую актуальность. Возрастающий дефицит пресной поды на Земле заставляет обратить самое серьезное внимание, на процессы формирования воды в водоеме и переработку водными организмами поступающих в водоем загрязнений. Недостаток продуктов питания на земном шаре опять-таки вынуждает обратиться к водоемам для изыскания источников пищевых продуктов. Наконец, полеты человека в космос поставили задачу выяснения возможности существования человека в условиях замкнутого круговорота воды и пищи, К решению этих вопросов привлекается гидробиология, и все они теснейшим образом связаны с технологией очистки йоды. Можно сказать, что гидробиология разрабатывает теоретические предпосылки, а технологи очистки воды используют достижения гидробиологии в своей практической работе.

Две основные задачи, стоящие перед гидробиологией,— обеспечение условий формирования чистой воды и повышение продуктивности водоемов настолько тесно связаны друг с другом, что их можно решать только совместно. Для того чтобы использовать водоемы в качестве кормовой базы, необходимо создать условия существования водных организмов и не допустить поступления в водоем веществ, которые из-за токсичности или по другим причинам способны изменить в неблагоприятную сторону режим водоема.

При умеренном поступлении в водоем органических загрязнении они становятся источником питания гидробионтов и тем самым могут повышать продуктивность водоема. По-видимому, для решении проблемы «чистой воды» необходимо создавать такие условия, при которых водоем благополучно справляется с поступающим в него загрязнением и при этом сохраняет высокую продуктивность.

В настоящем разделе излагаются сведения, по гидробиологии, необходимые инженеру-сантехнику для того, чтобы грамотно решать вопросы, связанные с использованием поверхностных вод для водоснабжения и со спуском сточных вод в водоем.

Глава XIIII. Экологические системы пресных водоемов Понятие экосистемы

Растительный и животный мир водоемов чрезвычайно разнообразен. Из 33 классов растений, существующих на Земле, представители 18 живут в воде. Животный мир планеты включает 63 класса, а в воде обитают представители 60. Особенно разнообразно население Мирового океана. Население пресных водоемов несколько беднее. Многие пресноводные гидробионты относятся к так называемым вторичноводным организмам, т. е. организмам, ведущим происхождение от наземных форм.

Водные организмы существуют в тесной связи с окружающей средой и друг с другом, образуя сообщества, или биоценозы. По определению Дажо, «биоценоз—это группировка живых организмов, объединенных притяжением, которое оказывают на них различные факторы внешней среды; эта группировка характеризуется определенным видовым составом и наличием взаимозависимостей; биоценоз занимает пространство, именуемое биотопом».

Группа особей одного вида, относящаяся к одному и тому же биоценозу и населяющая определенное пространство, образует популяцию. Суммарная масса всех особей популяции или сообщества, отнесенная к экосистеме, водоему, к единице объема или поверхности, называется биомассой популяции, биоценоза и т. д.

На жизнь биоценоза влияют особенности водоемов, в которых они обитают: рельеф дна, физико-химический состав воды и другие факторы. Организмы не могут существовать вне этих факторов и, следовательно, не должны изучаться в отрыве от них. Вместе с окружающей неживой природой организмы образуют целостные экологические системы. Таким образом, экосистема складывается из биоценоза и биотопа.

Внутри экосистемы имеются многочисленные и разнообразные связи между ее компонентами, происходит интенсивный обмен вещества и энергии. Понятие экосистемы включает взаимоотношения отдельных компонентов экосистемы, в том числе пищевые цепи в биоценозе (см. гл. XVI).

Внешние связи экосистемы осуществляются в виде поступления в водоем солнечной энергии, газов атмосферы, воды, минеральных веществ почвы и выделения из экосистемы тепла, кислорода и других газов, органических и минеральных веществ, переносимых водой.

Экосистемы обычно складываются в результате длительной эволюции и находятся в постоянном развитии. Все они обладают свойством саморегуляции и способны до некоторой степени противостоять изменениям окружающей среды. В частности, видовой состав биоценоза и количество особей в популяции устанавливаются в зависимости от условий существования.

Члены одного биоценоза большей частью приспособлены к существованию в сходных физико-химических условиях среды (газовый режим, кислотность и т. д.), но отличаются друг от друга пищевыми потребностями. Продукты выделения одного члена сообщества часто служат пищей другому. Например, растения обеспечивают животных и микроорганизмы кислородом, поставляют им органические вещества для питания. Бактерии, минерализуя органическое вещество, снабжают растения элементами минерального питания. Животные, питающиеся растениями и бактериями, ограничивают увеличение их количества и т. д. Внутри биоценоза создается круговорот веществ, так называемый малый круговорот (гл. XVI). Чем больше различных в систематическом отношении организмов участвует в малом круговороте, т. е. чем больше популяций способны дублировать отдельные функции друг друга, тем устойчивее биоценоз. При нарушении условий существования в экосистеме, например в результате загрязнения водоема, из биоценоза выпадают отдельные звенья, и он становится менее устойчивым.

Несмотря на то, что в состав биоценоза обычно входит много популяций, одна из них или, реже, несколько обычно доминируют. На долю лидирующей популяции обычно приходится основная часть биомассы, причем эта часть тем больше, чем больше сама биомасса.

Степень доминантности может определяться не только величиной биомассы, но и величиной превращения энергии, осуществляемого данной популяцией. Например, биомасса микроорганизмов может быть относительно небольшой, но вследствие чрезвычайно высокого обмена они могут играть лидирующую роль в биоценозе.

В пределах одного водоема можно различить несколько входящих друг В друга экосистем. Каждая из них имеет свой биоценоз и биотоп.

Размеры биотопа могут быть весьма различными (водоем в целом или разлагающаяся коряга), и понятие экосистемы не ограничивается ее пространственными размерами.

Наиболее различающимися между собой биотопами в водоеме являются пелагиаль—толща воды и бенталь—дно водоема, Соответственно этим биотопам выделяются наиболее крупные сообщества гидробионтов: пелагос—обитатели толщи воды и бентос—обитатели дна.

Пелагос подразделяется на планктон и нектон. К планктону относятся организмы, не способные противостоять течению и потому переносимые вместе с водой. К нектону относятся достаточно крупные животные, передвигающиеся независимо от тока поды,

В процессах самоочищения пресноводных водоемов и очистки сточных вод на очистных сооружениях основную роль играют организмы бентоса и планктона.