Лекция_4_Континентальные_водоемы Реки

Лекция 5. Континентальные водоемы и их население (Реки)

Континентальные водоемы, расположенные в углублениях суши, могут быть естественными и искусственными. Естественные это реки, озера, болота; искусственные: каналы, водохранилища, пруды. По степени солености все природные воды разделяются ( по Венецианской классификации - 1958) на пресные (до0,5 ‰), миксогалийные или солоноватые (0,5-30 ‰), эугалийные или морские (30-40 ‰), и гипергалийные, или пересоленные (более 40 ‰). Миксогалийные воды подразделяются в свою очередь на олигогалийные (0,5-5 ‰), мезогалийные (5-18 ‰) и полигалийные (18-30 ‰).

В подавляющем большинстве континентальные водоемы пресные, реже бывают солоноватыми и соленые. Из 33 классов водных растений в пресных водах представлены 13, из 63 классов животных - 19. Только или почти исключительно в пресных водах обитают представители трех классов растений и двух классов животных. Из растений в пресных водах наиболее обычны сине- зеленые, диатомовые и зеленые водоросли, а также цветковые, из животных - простейшие, коловратки, олигохеты, брюхоногие и двустворчатые моллюски, ветвистоусые и веслоногие раки, личинки насекомых и рыбы.

Реки. Реки представляют собой водоемы, водная масса которых перемещается от истока к устью вследствие разницы их положения над уровнем моря, т. е. под влиянием силы тяжести.

Реки, выносящие свои воды в океаны, моря или озера, называют главными, а впадающие в них — притоками. Совокупность всех рек, сбрасывающих свои воды через главную реку, составляет речную систему. Часть суши, занятая речной системой и отделенная водоразделами от других участков, образует речной бассейн, а поверхность, с которой она собирает воды, - водосборную площадь.

По поперечному течению реки выделяют ее прибрежную часть - рипаль, срединную - медиаль и участок с наибольшей скоростью течения - стрежень.

Паводок (половодье) – сезонное стояние высших уровней реки (весеннее (таянье снега), летнее (таяние ледников), осеннее (сезон дождей и циклонов).

Межень - продолжительное сезонное стояние низких уровней воды в реке, обусловленное ослаблением поверхностного стока и переходом реки, в основном, на грунтовое питание

Количество воды, протекающее в единицу времени через поперечное сечение реки, называется ее расходом. Годовой расход воды характеризует водность рек. В самой многоводной реке СССР -Енисее - средний расход достигает 19 800 м³/с, годовой сток - 625 км³, в Волге - соответственно 7700 м³ и 240 км³, в самой многоводной реке мира – Амазонке - 175 000 м³ и 5550 км³.

В направлении от истока к устью различают верхнее, среднее и нижнее течение реки. Верхнее течение относительно маловодное и быстрое, здесь в основном происходит размыв ложа и поступление в воду продуктов его разрушения. Дно представлено материнскими породами.

В среднем течении водность увеличивается за счет притоков, скорость течения падает, размыв и намыв примерно уравновешены, дно реки в основном покрыто наносными грунтами..

В нижнем течении рек наносные грунты (песок, ил) становятся единственными.

Движение воды в реках вызывает размыв, или эрозию, ее ложа, идущую в глубинном и боковом направлениях. В результате боковой эрозии река в ее среднем течении часто меняет очертания берегов, как бы блуждает по долине, или меандрирует, образуя излучины (петли), или меандры. В некоторых случаях река спрямляет свое русло, и тогда отшнуровавшиеся излучины превращаются в старицы - обособившиеся участки русла, утратившие связь с рекой. В других случаях от коренного русла обособляются, не теряя с ним связи, различные придаточные водоемы реки: закосья, затоны и протоки. Устья рек, впадающих в море, образуют или обширные мелководья, называемые дельтами, или узкие морские заливы - эстуарии.

Реки являются как бы посредниками в процессах водообмена между сушей и Мировым океаном. Через них в океан возвращается та испаряющаяся с него вода, которая выпадает на сушу в виде осадков. Количество воды, выносимой реками, или их жидкий сток, достигает приблизительно 42 тыс. км³ в год. Вместе с жидким стоком параллельно ему речными водами выносятся всевозможные твердые компоненты - твердый сток, который всех рек мира за год составляет 0,13-0,14 10⁸ т или 13-14 млн. т, а также сток растворенных веществ и биосток - снос различных организмов. Сток растворенных веществ подразделяется на сток минеральных и органических веществ. К первому относится ионный сток – 23 х 10^{8 т}, сток мироэлементов - 0,36 10⁸, органических веществ - 7,2 х 10⁸, минеральных коллоидов (кремний, железо, алюминий) - 1,75 х 10⁸ т (Алекин, 1966). Таков масштаб перемещения речными водами в Мировой океан веществ, слагающих сушу.

Условия жизни. Наибольшее значение для обитателей рек среди абиотических факторов имеют уровенный и паводковый режимы, скорость течения, прозрачность, температура и солевой состав воды, а для обитателей дна — и характер грунтов.

Уровенный режим определяется соотношением поступления и расхода воды. Питание рек может быть дождевым, снеговым, ледниковым и подземным. В большинстве случаев питание смешанное, причем соотношение его отдельных форм неодинаково в раз­ных участках и в разное время года. Дождевое питание рек преобладает в местностях с морским климатом, снеговое — там, где климат имеет континентальный характер, ледниковое — в высокогорных районах, подземное—в засушливое время и зимой, когда реки покрыты льдом, исключающим другие формы питания. Уровень реки повышается в результате резкого усиления дождевого, снегового или ледникового питания в те или иные сезоны, сильно различающиеся в отдельных районах. Уровень воды во время паводков может подниматься на 10-15 м.

Скорость течения реки зависит главным образом от уклона ложа, колебаний уровня и величины сечения. Скорость течения в равнинных реках в межень обычно не превышает 1 м/с, в паводковое время поднимается до 1,5-2 м/с. В горных участках рек скорость потока достигает 5-6 м/с; еще больше она повышается там, где образуются пороги и водопады. Поток воды в реках имеет не ламинарный (линейный), а турбулентный характер, т.е формируются всевозможные завихрения, обусловливающие энергичное перемешивание водной массы и выравнивание всех гидрологических градиентов (температурных, солевых, газовых и др.).

Температура зависит от характера питания реки, климата района, где она протекает, и различных гидрологических особенностей.

Крупные реки, текущие в широтном направлении, несут теплые воды в высокие широты и холодные - в низкие. Сезонные колебания температуры в реках лежат в диапазоне 0-30°С,.

Мутность воды в реках зависит от взвешенного материалы (твердых и органических веществ), породы дна, раствора коллоидов и т.д. В горных реках текущих по неразмывном породам наиболее высокая). В равнинных реках изменяется от паводкового периода (наибольшая ) к меженному (наименьшая).

Мутность рек в течение года изменяется в широких пределах, причем наибольшая мутность рек равнинных частей наблюдается во время весеннего половодья при интенсивном смыве почв со склонов речных водосборов, а наименьшая - в зимнее время, когда верхние горизонты почв находятся в мерзлом состоянии, а поверхность водосбора покрыта снегом. Тогда реки получают питание главным образом за счет подземных вод. На горных реках, вытекающих из ледников, наибольшая мутность наблюдается в период таяния ледников и снега в горах. При интенсивных ливнях горные реки нередко превращаются в селевые потоки, несущие большое количество обломочного материала разной крупности. На реках, зарегулированных озерами, мутность воды низкая, так как наносы осаждаются в водоемах-отстойниках. 

По количеству взвешенных веществ реки делят на 4 группы содержащие в 1 м³:

1) 0-100 г

2) 100-2000 г

3) 2000-9000 г

4) 9000-12000 г

Реки России относятся к первым двум группам:

1-я группа: Нева, Онега, Енисей 2 г/м³; Обь, Печора – 5 г/м³

2-я группа: Волга (100 г), Дон (230),

Для примера:

3-я группа Сырдарья (900), Амударья (2300)

4-я Самур (Дагестан) (11 000 г)

Растворенные соли в реках представлены карбонатами, сульфатами и хлоридами. В основном реки России гидрокорбанатного класса, кальцевой группы, щелочного типа (91%). Реже сульфатного класса и (реки Приазовья, Северный Кавказ, некоторые северные реки (гипсовые породы, ) и реже хлоридные (Прикаспиская низменность, Маныч-Чограй, Калмыкия, Западная Сибирь).

Характерной особенностью гидрохимического режима (состава) речных вод равнинных районов территории России является наличие широтной зональности, сущность которой заключается в том, что степень минерализации речных вод равнинных бассейнов увеличивается с севера на юг. От зоны тундр к зонам полупустынь и пустынь в Прикаспии.

Реки России, протекающие в северных частях, характеризуются малой минерализацией воды, что обусловлено наличием хорошо промытых почв (бедных солями) и распространением многолетней мерзлоты. В южных частях содержание солей в почве возрастает, воды атмосферных осадков растворяют их и выносят в реки, чем увеличивают минерализацию водных масс. Значительное испарение в условиях засушливого климата также способствует увеличению минерализации речных вод.

Минерализация воды сильно меняется по сезонам года, заметно снижаясь во время паводков.. Содержание биогенов в реках сильно варьирует в зависимости от их характера и сезона года. Количество фосфатов в равнинных реках выражается десятыми и сотыми долями миллиграмма на литр, в горных потоках их меньше. Концентрация солей азота выше, чем фосфатов. Например, количество нитратов в Волге колеблется в пределах 0—1,3 мг/л, нитритов — от 0 до 0,5, аммонийных солей -от 0,04 до 0,33 мг/л. Зимой биогенов в воде больше, чем летом.

Количество растворенных органических веществ в речной воде зависит от характера питания. Перманганатная окисляемость во­ды в реках ледникового питания обычно не превышает мг0₂/л, при снежном и дождевом питании она может поднимать­ся до 15—20 мгО₂/л (например, в Волге). Особенно велика окисляемость в реках с болотной водой — до 64 мгО₂/л (в некоторых притоках Оби). Во время обильного стока с поверхности суши (паводки) окисляемость речных вод заметно повышается.

Окисляемость - это величина, характеризующая содержание в воде органических и минеральных веществ, окисляемых (при определенных условиях) одним из сильных химических окислителей. Этот показатель отражает общую концентрацию органики в воде.

Перманганатная окисляемость выражается в миллиграммах кислорода, пошедшего на окисление этих веществ, содержащихся в 1 дм³(литре) воды. Различают несколько видов окисляемости воды: перманганатную, бихроматную, иодатную. Наиболее высокая степень окисления достигается бихроматным методом. В практике водоочистки для природных малозагрязненных вод определяют перманганатную окисляемость, а в более загрязненных водах - как правило, бихроматную окисляемость (ХПК - "химическое потребление кислорода"). Величина окисляемости природных вод может варьироваться в широких пределах от долей миллиграммов до десятков миллиграммов О₂ на литр воды. Поверхностные воды имеют более высокую окисляемость по сравнению с подземными. СанПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников» составляет 5,0-7,0 мг/дм³.

Газовый режим рек, лишенных ледяного покрова, обычно благоприятен для жизни. С момента ледостава концентрация кислорода в воде постепенно падает и ее минимум наблюдается перед ледоходом. В зимнее время в реках с высокой окисляемостью воды, когда поступление кислорода из атмосферы практически исключается, газовый режим резко ухудшается и нередко наблюдаются заморы. Углекислоты в речной воде летом очень немного, зимой ее концентрация заметно возрастает, особенно в реках с высокой окисляемостью воды. Сероводород в речных водах практически отсутствует, если они несильно загрязнены бытовыми и промышленными стоками.

Население рек. Характеризуется значительным видовым разнообразием, что связано с их большой биотопической расчлененностью. Из отдельных экологических группировок значительного обилия в реках достигают планктон, бентос и нектон, слабее представлен перифитон, а нейстон и плейстон вследствие турбулентного движения воды почти полностью отсутствуют.

Планктон рек, или реопланктон (патомакоплонктон), характеризуется гетерогенностью происхождения, так как образуется за счет автохтонных (местных) и аллохтонных (принесенных из вне) элементов. Подразделяется на фитореопланктон, зоореопланктон, бактериопланктон

Видовое разнообразие реопланктона обычно возрастает с продвижением от истоков к устью реки, особенно если река питается ледниковыми, болотными или родниковыми водами. В этих слу­чаях в истоке она практически лишена фито- и зоопланктона, а в толще воды присутствует только бактериопланктон. С продвиже­нием к устью реки и образованием придаточных водоемов, в кото­рых развиваются планктонные водоросли и животные, реопланктон обогащается.

Численность бактерий в речной воде значительно меняется по сзонам, обнаруживая максимум во время пика паводка. Заметно повышается численность бактерий в реках ниже очагов загрязнения органическими веществами.

В реках России среди планктонных водорослей наиболее богаты видами диатомовые и зеленые, далее следуют синезеленые и эвгленовые, золотистые, пирофитовые и желтозеленые. Так, из 1502 видов водорослей, найденных в Волге, диатомовых встречено 538, зеленых - 429, синезеленых - 200, эвгленовых - 137, золотистых - 118, пирофитовых - 43 и желтозеленых - 37 (Кузьмин, 1978). По численности часто резко преобладают синезеленые. Диатомовых больше в северных реках, зеленых и синезеленых— в южных, зимой роль диатомовых по сравнению с зелеными и синезелеными выше, чем летом, при загрязнении воды повышается значение синезеленых. Из отдельных форм наибольшее значение в фитопланктоне рек СССР имеют диатомовые Melosira, Asterionelta и Cyclotella, зеленые Closterium, Pediastrum и Scenedesmus, синезеленые Microcystis, Aphanizomenon и Anabaena.

Среди планктонных животных наиболее многочисленны инфузории, Tintinnidium и Tintinnopsis. Крайне разнообразны и обильны по численности бесцветные жгутиконосцы. Весьма многочисленны в толще воды коловратки, особенно Keratella, Asplanchna и Bracbionus, ветвистоусые рачки, в частности Daphnia, Bosmina, Ceriodaphnia, и веслоногие, из которых чаще других встречаются Cyclops, Diaptomus и Mesocyclops.

Вследствие поступательного и турбулентного характера движения воды планктон в реках распределяется обычно довольно равномерно как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях.

Количество планктона в реках на протяжении года сильно меняется, падая до минимума зимой и во время половодья вследствие разбавления талыми водами, почти не содержащими каких- либо организмов, за исключением бактерий. От весны к лету количество планктона вследствие размножения возрастает, испытывая вместе с тем заметные колебания при изменениях уровня воды. Когда уровень понижается, вода придаточных водоемов, богатых планктоном, поступает в русло реки, и реопланктон становится обильнее. Во время поднятия уровня вследствие притока дождевых вод или усиления таяния ледников зоопланктон количественно обедняется. После летнего максимума численность планктонных организмов начинает снижаться, что в первую очередь связано с переходом многих гидробионтов к покоящейся на дне стадии.

Бентос. Совокупность донных организмов. Преимущественно представлен животными.

Наибольшее значение в бентосе рек имеют лито-, аргило-, псаммо- и пелореофильные формы.

Литореофильные организмы населяют каменистый грунт на участках с бысрым течением. в наших реках относятся водоросли Hyrurus, Batrachospermum, Cladophora, Spirogira, мох Fontinalis, из животных - губки и мшанки, ресничные черви, олигохеты и пиявки, личинки симулиид, ручейников, поденок, веснянок, хироно мид и других насекомых, моллюски Dreissena polymorpha,

Аргиллореофильные организмы, населяют глинистые грунты на участках с быстрым течением, представлены главным образом роющими животными.

Псамореофильные организмы населяют песчаные грунты, расположенные на участках дна с быстрым течением. Обычно мелкие и среднеразмерные организмы - бактерии, водоросли, простейшие, коловратки, нематоды, олигохеты, личинками хирономид, высшие ракообразные, некоторые моллюски.

Пелореофильные организмы обитают на илистых грунтах На участках с медленным течением. Представлены бактериями, диатомовыми и зелеными водорослями, простейшими, олигохетами, личинки хирономид, многими двустворчатыми и брюхоногими моллюсками. В зарослях водных растений образуются фитореофильные группировки, биомасса и видовое разнообразие которых отличаются высокими показателями.

Распределение бентоса в реках отличается закономерным изменением его видового состава и биомассы от истока к устью и с продвижением от берегов к стрежню. Характер этих изменений в реках разного типа и их различных участках неодинаков. В горных реках, где преобладают литореофильные организмы, бентос поперек русла распределяется довольно равномерно как по видовому составу, так и в количественном отношении. В равнинном течении по направлению к середине русла биомасса организмов бентоса обычно падает, но их численность часто возрастает. Это объясняется тем, что в прибрежье грунты богаче органическим веществом, течение медленнее, и здесь могут существовать сравнительно крупные организмы, поскольку им не грозит снос и пищи достаточно. Ближе к стрежню реки удерживаться на течении могут только мелкие формы, прикрепляющиеся к песчинкам, и немногие крупные формы, зарывающиеся в песок. В низовьях равнинных рек в связи с однообразием встречающихся здесь грунтов распределение бентоса поперек русла снова становится более равномерным как в видовом, так и в количественном отношении.

Рис. 1. Животные и растения, обитающие в текучих водах (по Жадину и Герду, 1961):

1 - личинка стрекозы Gomphus, 2 - личинка поденки Heptagenia, 3 - личинка веснянки Nernura, 4 - личинка ручейника Вгаchycentrus, 5 - личинка двукрылого Blepharocerus, 6 - мизида Ульокого, 7 - речная лунка, 8 - речная чашечка, 9 - рдест пронзеннолистный, 10 - сусак, 11 - мох фонтиналис.

Бентос рек резко обедняется в паводковое время, когда при высокой скорости течения воды из грунта вымываются и сносятся вниз по течению высшие раки, олигохеты, ручейники, поденки, ли­чинки двухкрылых и многие другие организмы. В наибольшей степени обедняется после паводка население заиленных грунтов, да и сами эти грунты смываются почти нацело. После прохождения паводка по мере падения скорости течения, стабилизации грунтов и их заиления бентос постепенно обогащается. Наиболее богат он в предпаводковое время.

Перифитон (животные и растения гидробионты, прикрепившиеся к стеблям и листьям высших водных растений или другой поверхности, возвышающейся над дном водоема). Перифитон составляют простейшие, водоросли, коловратки, черви, моллюски и личинки многих животных в основном слагается из форм, поселяющихся на мхах и цветковых растениях, среди которых в реках наиболее часто встречаются рдесты, камыш, тростник, кубышка, роголистник, стрелолист. На их поверхности живут многочисленные бактерии и водоросли, простейшие, личинки насекомых, особенно хирономид и симулиид, губки и мшанки, некоторые олигохеты.

Нектон в основном представлен рыбами, видовое разнообразие которых особенно велико в реках низких широт. Например, в Юконе их встречено 14 видов, в Печоре —29, в Енисее — 39, в Волге — 59, а в Конго и Амазонке — соответственно 400 и 748 видов. Из жилых рыб в реках России наиболее характерны стерлядь, форель, лещ, густера, щука, судак, налим, окунь, из проходных—белуга, осетр, севрюга, семга, дальневосточные лососи, из полупроходных - вобла, тарань, усач, лещ, таймень и др. Из нектонных ракообразных можно назвать обитающих в низовьях Амура креветок Leander modestus.

Население эстуариев. В эстуариях речные условия сложно переплетаются с морскими, и по этой причине состав населения отличается крайним своеобразием. Вдали от устья оно преимущественно представлено эвригаллинными видами, ближе к нему большое значение приобретают солоноватоводные и эвригалинные морские формы. Видовое разнообразие уменьша­ется в солоноватоводных участках (эффект Ремане). Здесь преобладают всеядные формы с широкими экологическими нишами и больше всего встречается видов, интродуцированных из других водоемов, т. е. этот район недонасыщен биологически. По направлению от моря к реке резко падает доля видов с пелагическими личинками. По биомассе население эстуариев отличается большим богатством, что объясняется рядом причин. Действие приливов и отливов обеспечивает интенсивную циркуляцию питательных веществ, а также быстрое удаление метаболитов. Усилению циркуляции питательных веществ способствует интенсивное перемешивание морской и пресной воды вследствие разности их плотностей. Далее для эстуариев характерна пространственная близость между растениями и животными, облегчающая круговорот веществ. Присутствие в воде одновременно всех жизненных форм фотосинтезирующих растений — планктонных водорослей, микро- и макрофитобентоса — обеспечивает животное население эстуариев изобилием первопищи, тем самым способствуя увеличению его количества.