Лекция_1_наука_гидробиология

8

Лекция № 1. Введение в специальность.

«Гидробиология – наука о жизни в водоемах, исследующая закономерности существования популяций водных организмов и биотических сообществ (биоценозов) в их неразрывной связи со средой обитания (биотопом) и служащая теоретической основой сохранения и обеспечения воспроизводства биологических ресурсов гидросферы.

Гидробиология изучает причинную связь и взаимоотношения между водными организмами и окружающей их средой, как живой, так неживой.

Являясь одним из разделов экологии, гидробиология изучает население гидросферы во взаимосвязи с окружающей средой и биологические явления в водоемах, возникающие в результате взаимодействия различных живых компонентов друг с другом и неживой природой.

Таким образом в совокупности с другими близкими науками так называемыми «водными» - гидрологией, гидрохимией, гидрогелологией и др. и биологическими дисциплинами – зоологией, ботаникой, микробиологией, зоогеографией гидробиология изучает участок биосферы в пределах водной оболочки Земли называемой биогидросферой.

Основными методами гидробиологии являются качественный и количественный анализы различных групп населения водоемов.

Качественный анализ имеет своей целью обнаружение определенных организмов (или групп организмов) в анализируемом водоеме. Обнаружение проводится путем идентификации организмов. Т.е. при качественном анализе мы изучаем видовое разнообразие водоема. Качественный анализ всегда предшествует количественному анализу, суть которого заключается в определении количества определенных организмов в среде и их соотношение выраженное, как правило, в процентной доли. Применительно к отдельным организмам количественный учет позволяет составить представление об их аутоэкологических (т.е. взаимодействия со средой) особенностях. Например на основании различия численности особей на смежных участках разного грунта можно судить о том, какому из них организмы отдают предпочтение, т.е какой из них в наибольшей степени удовлетворяет их жизненные потребности. Определяя численность и биомассу особей встречающихся в изучаемом участке водоема, судят о структуре популяции и биоценозов их динамике во времени и пространстве.

Для качественного и количественного учетов используют различные приборы как специфически гидробиологические – дночерпатели, драги, планктонные сети, планктоночерпатели, батометры различных конструкций, так и многие приборы заимствованные из арсеналов гидрохимии, гидрофизики, гидрологии.

В последнее время часто используются погружные и дистанционные биофизические приборы.

Тем не менее, одним из главных методов гидробиологии остается эколого-географический метод, т.е., наблюдения в природе.

Для оценки функциональной роли водного населения в гидробиологии часто используется энергетический принцип. С этой целью определяется количество энергии, поступающей на входе живых систем, рассеиваемой ими в процессе жизнедеятельности и накапливаемой в образуемом органическом веществе.

Конечная практическая задача гидробиологии сводится к нахождению тех форм отношения людей к населению гидросферы, при которых польза была бы наибольшей, а вред наименьшим.

Гидробиология решает следующие главные теоретические задачи:

1. Изучение общих внутренних закономерностей структурно-функциональной организации водных экосистем, которые и определяют круговорот вещества и поток энергии в них;

2. Исследование зависимостей круговоротов вещества и потоков энергии от факторов внешней среды, в том числе и антропогенных.

Конкретные практические задачи гидробиологии:

1. Повышение биологической продуктивности водоемов для получения из них наибольшего количества биологического сырья.

2. Разработка биологических основ обеспечения людей чистой водой, в том числе оптимизация функционирования экосистем, создаваемых для промышленной очистки питьевых и сточных вод.

3. Экспертная оценка экологических последствий зарегулирования, перераспределения и переброски стока рек, антропогенного изменения гидрологического режима озер и морей.

4. Оценка вновь создаваемых промышленных, сельскохозяйственных и других предприятий для водных экосистем с целью охраны последних от недопустимых повреждений.

5. Мониторинг состояния водных экосистем.

В современной гидробиологии сформировались следующие основные направления и разделы:

Общая гидробиология изучает экологические процессы в водоемах и водотоках. В ней выделяются:

• системная гидробиология;

• трофологическая гидробиология;

• энергетическая гидробиология;

• этологическая гидробиология;

• палеогидробиология;

• бентология;

• планктология.

Системная гидробиология – приложение общей теории систем и ее методов в водной экологии. Она занимается общими проблемами организации биосистем в гидросфере, их поведением, самоорганизацией и самоуправлением, моделированием водных биосистем, прогнозу их состояния при различных внешних воздействиях.

По изучаемым процессам различаются

трофологическая гидробиология – пищевые связи, биологическая трансформация веществ,

энергетическая гидробиология – поток энергии, ее биологическая трансформация,

этологическая гидробиология – поведение гидробионтов, палеогидробиология – исторические изменения водных экосистем.

По локализации изучаемых процессов в общей гидробиологии можно выделить бентологию и планктологию. Первая занимается экологическими процессами, проходящими на дне водоемов и водотоков, вторая – в толще вод.

Частная гидробиология изучает специфику экологии водных объектов разного типа. Выделяют гидробиологии морей, озер, прудов, болот, луж, временных и пересыхающих водоемов и др. То же происходит и для водотоков: гидробиологии рек различных типов, ручьев. Кроме того, существует гидробиология подземных и пещерных вод, гидробиологии полярных и тропических водоемов, субтропических водоемов и озер умеренного пояса.

Прикладная гидробиология, как это следует из самого её названия, занимается прикладными приложениями результатов общей или теоретической гидробиологии. В нее входят:

• Продукционная гидробиология, изучающая биологические основы продуктивности водоемов (например, повышения вылова гидробионтов, урожая морепродуктов и т.п.).

• Санитарная гидробиология, занимающаяся решением проблем чистой воды, самоочищения водоемов.

• Медицинская гидробиология, исследующая происхождение и

распространение болезней, связанных с водой (в первую очередь – инфекционных). Ее подразделом является гидропаразитология, разрабатывающая методы борьбы с паразитическими животными, обитающими в водоемах, в том числе личиночными стадиями паразитов.

• Токсикологическая гидробиология или водная токсикология, изучающая возможность вреда продуктов техногенеза для водных объектов, в частности, влияние токсикантов на гидробионтов и экосистемные процессы.

• Радиологическая гидробиология, решающая вопросы, связанные с поступлением в водоемы радионуклидов, влиянием их на гидробионтов, накоплением их в трофических цепях.

• Техническая гидробиология, изучающая биологические явления, представляющие опасность для техники, контактирующей с водой (биокоррозия, обрастания и т.п.). Частным случаем ее можно считать навигационную гидробиологию, которая исследует водные биологические процессы, препятствующие судоходству.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И ПОНЯТИЯ В ГИДРОБИОЛОГИИ

Среда – это совокупность элементов внешнего мира, с которыми живые организмы связаны прямыми приспособительными отношениями.

Среда , окружает живые организмы и оказывает на них прямое или косвенное воздействие. Например, растворенный в воде кислород - элемент среды рыб, адаптированных к его потреблению, но не водных млекопитающих.

Из среды организмы получают всё необходимое для жизни и в неё же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие.

Различают естественную и искусственную (созданную человеком) среду обитания.

Отдельные свойства и элементы среды, воздействующие на организмы, называют факторами воздействия или экологическими факторами. Все экологические факторы можно разделить на три большие группы:

• Абиотические факторы — это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. (Свет, температура, ветер, воздух, давление, и т. д.)

• Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. (Влияние растений и животных на других членов биогеоценоза)

• Антропогенные (антропические) факторы — это все формы деятельности человеческого общества, изменяющие природу как среду обитания живых организмов или непосредственно влияющие на их жизнь. Выделение антропогенных факторов в отдельную группу обусловлено тем, что в настоящее время судьба растительного покрова Земли и всех ныне существующих видов организмов практически находится в руках человеческого общества.

В одних случаях факторы среды могут иметь небольшую амплитуду изменчивости, в других – значительно большую. Различные организмы могут существовать только в определенном пределе изменчивости отдельных элементов среды. Амплитуда колебаний фактора, которую может выдерживать организм называется его экологической валентностью

Формы с широкой валентностью обозначаются как эврибионтные (eurus – широкий, с узкой валентностью стенобионтные (stenos- узкий).. Виды с очень высокой степенью эврибионтности называют убиквистами (ubique).

Степень экологической валентности можно оценивать по отдельно взятому фактору. Например относительно температуры виды эвритермные и стенотермные, к солености эвригалинные, стеногалинные и так далее.

Стенобионтные виды, в отношении отдельного фактора существуют при его высоких или низких абсолютных значениях. Нуждающиеся в высоких значениях в каком либо факторе обозначаются как -фильные (-любивые) термофильные (теплолюбивые) обитающие в теплых водах, криофильные напротив в холодной среде. Если организмы избегают кого-либо факторами они называются -фобными (боязливые) галофобные избегают содержание соли в среде и .т.п.

Также, для названия -бионтов используют название непосредственного фактора так реобионтами называют организмы живущие в реках, лимнобиотами в озерах.

Чем вариабельнее условия жизни в водоемах, тем разнообразнее видовой состав его населения. Чем больше какой-нибудь фактор отклоняется от средних значений , тем однообразнее представлена его население.

Биотоп (био... и греч. topós — место), участок земной поверхности (суши или водоёма) с однотипными абиотическими условиями среды (рельеф, почвы, климат и т.п.), занимаемый тем или иным биоценозом.

Биоценоз (от био... и греч. koinós — общий), совокупность растений, животных, микроорганизмов, населяющих участок суши или водоёма и характеризующихся определёнными отношениями как между собой, так и с абиотическими факторами среды (см. Биотоп). Является часть биогеоценоза

Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии (природная экосистема). Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина.