О В Курілов - Гідробіологія - страница 1

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

О.В. Курілов

ГІДРОБІОЛОГІЯ

Конспект лекцій Частина І

Одеса - 2008

ББК 28.082 К 93

УДК 574.5 /6

Друкується за рішенням Вченої ради Одеського державного екологічного університету

(протокол №_ від_._.2008 р.).

Курілов О.В.

Гідробіологія: конспект лекцій. Частина І. - , Вид-во , 2008. -

с.: іл.

У І частині конспекту лекцій послідовно викладено загальні відомості про гідробіологію як комплексну науку та її місце в системі екологічних знань. Наводяться дані про умови існування та життєві форми угруповань пелагіалі і бенталі. Надається характеристика основних чинників навколишнього середовища, аналізується вплив найважливіших факторів на життєдіяльність гідробіонтів.

Конспект лекцій розраховано на студентів, магістрів, аспірантів гідроекологічного напрямку.

© Одеський державний екологічний університет, 2008

Зміст

П Е Р Е Д М О В А..............................................................................................................6

1ПРЕДМЕТ I ЗАДАЧІ ГІДРОБІОЛОГІЇ....................................................................8

1.1 Місце гідробіології в системі біологічних наук.....................................9

1.2 Методи гідробіології...............................................................................11

1.3 Завдання гідробіології і її значення.......................................................12

1.4 Розділи гідробіології................................................................................13

1.5 Напрямки гідробіології...........................................................................14

1.6 Загальні принципи і поняття гідробіології............................................14

1.7 Виникнення і розвиток гідробіології.....................................................15

2 ФІЗИКО-ХІМІЧНІ УМОВИ ІСНУВАННЯ ВОДНОГО НАСЕЛЕННЯ.....................................................................................................................19

2.1 Фізико-хімічні властивості води............................................................19

2.1.1 Хімічний склад і будова води..........................................................20

2.1.2 Термічні особливості води...............................................................20

2.1.3 Густина води......................................................................................21

2.1.4 В'язкість води.....................................................................................23

2.1.5 Рух води й водні маси.......................................................................24

2.2 Фізико-хімічні властивості ґрунтів........................................................26

3 ГІДРОСФЕРА ЯК СЕРЕДОВИЩЕ ЖИТТЯ ГІДРОБІОНТІВ.......................28

3.1 Середовище та його елементи................................................................28

3.2 Екологічна валентність...........................................................................29

3.3 Адаптації...................................................................................................30

3.4 Фактори середовища: основні поняття..................................................31

3.5 Основні фактори водного середовища...............................................................33

4 ПЕЛАГІАЛЬ....................................................................................................................36

4.1 Життєві форми гідробіонтів...................................................................................36

4.2 Основні зони пелагіалі Світового океану..............................................38

4.3 Внутрішні водойми..................................................................................39

4.4 Річки й канали.........................................................................................40

4.5 Планктон...................................................................................................41

4.5.1 Розмірний склад планктону..............................................................42

4.5.2 Плавучість..........................................................................................42

4.6 Нейстон, пелагобентос і плейстон.........................................................46

4.6.1 Пелагобентос......................................................................................46

4.6.2 Нейстон...............................................................................................47

4.6.3 Плейстон.............................................................................................50

4.7 Рух пелагобіонтів.....................................................................................50

4.7.1 Планктон............................................................................................52

4.7.2 Нектон.................................................................................................53

4.8 Міграції.....................................................................................................54

4.8.1 Вертикальні міграції.........................................................................54

4.8.2 Горизонтальні міграції......................................................................58

4.9 Конвергенції при активному плаванні...................................................59

5 БЕНТАЛЬ.........................................................................................................................б0

5.1 Життєві форми бенталі............................................................................б0

5.2 Рух бентонтів............................................................................................б3

5.3 Міграції бентонтів...................................................................................б5

5.4 Населення бенталі морів і океанів.........................................................бб

5.4.1 Кількісний і якісний розподіл бентосу...........................................бб

5.4.2 Перифітон...........................................................................................б7

5.4.3 Інфауна, онфауна, епіфауна, нектобентос і пелагобентос............б8

5.4.4 Псамон................................................................................................б9

5.5 Пристосування гідробіонтів для життя в бентосі й перифітоні.......... 70

6 ВОДНО-СОЛЬОВИЙ ОБМІН ГІДРОБІОНТІВ.................................................72

6.1 Класифікація природних вод по сольовому складу.............................72

6.1.1 Сольовий склад океанічних і морських вод...................................73

6.1.2 Сольовий склад континентальних вод............................................7б

6.2 Водно-сольовий обмін, значення розчинених солей...........................78

6.3 Захист від обсихання й виживання у висохлому стані........................80

6.3.1 Запобігання обсиханню....................................................................80

6.3.2 Зменшення вологовіддачі.................................................................81

6.3.3 Виживання у висохлому стані..........................................................82

6.4 Захист від осмотичного зневоднювання і обводнювання...................82

6.4.1 Вибір осмотично сприятливого середовища..................................83

6.4.2 Осмоізоляція......................................................................................84

6.4.3 Осморегуляція....................................................................................85

6.5 Сольовий обмін і виживання в умовах різної солоності.....................8б

6.5.1 Пасивний сольовий обмін................................................................87

6.5.2 Активний сольовий обмін................................................................88

6.5.3 Виживання в умовах різної солоності.............................................89

6.6 Населення вод різної солоності........................................................................91

7 ГАЗООБМІН ГІДРОБІОНТІВ..................................................................................92

7.1 Дихання гідробіонтів...............................................................................92

7.2 Адаптації гідробіонтів до газообміну....................................................93

7.3 Інтенсивність дихання.............................................................................97

7.3.1 Інтенсивність газообміну у різних гідро біонтів............................98

7.3.2 Залежність інтенсивності газообміну від зовнішніх умов............99

7.4 Газообмін як показник обміну речовин і енергії................................101

7.5 Стійкість гідробіонтів до дефіциту кисню і заморні явища..............102

8 РОЛЬ ТЕМПЕРАТУРИ В ЖИТТІ ГІДРОБІОНТІВ........................................105

8.1 Температура як фактор..........................................................................105

8.2 Значення температури для гідробіонтів..............................................107

8.3 Адаптивні механізми регуляції температури в різних типів.............108

гідробіонтів...................................................................................................108

8.4 Вплив температури на фізіологічні процеси гідробіонтів

Рівняння Ареніуса........................................................................................109

8.5 Населення різних температурних зон Світового океану та континентальних водойм. Вплив температури на

просторово-часовий розподіл гідробіонтів ............................................... 112

9 ВПЛИВ КОМПЛЕКСУ ФАКТОРІВ НА ВОДНІ ОРГАНІЗМИ.................116

9.1 Водневі іони та окислювально-відновний потенціал.........................116

9.2 Світло......................................................................................................117

9.2.1 Сигнальне значення світла.............................................................118

9.2.2 Сприйняття світла гідробіонтами..................................................119

9.2.3 Світлові умови у воді......................................................................120

9.2.4 Колір води........................................................................................121

9.3 Звук, електрика і магнетизм..................................................................122

9.4 Загальна характеристика екологічної ніші. Багатомірна ніша..........123

9.5 Вплив сезонних явищ на життя гідробіонтів......................................124

Бібліографічний опис....................................................................................................127

П Е Р Е Д М О В А

Дисципліна «Гідробіологія» входить до навчального плану підготовки студентів за спеціальністю «водні біоресурси». Запропонований конспект лекцій з гідробіології має на меті надати студентам загальні знання про склад, функціонування та закономірності існування гідробіоти як невід'ємної частини будь-якого водного об'єкта. Ці знання дадуть можливість випускникам в повній мірі орієнтуватися в екологічних процесах, що відбуваються в водоймах різного типу, з метою розробки заходів щодо обґрунтованого і раціонального використання та охорони водних біоресурсів.

У першій частині конспекту викладені теми, де послідовно розглядається склад населення Світового океану та внутрішніх водойм, висвітлюються основні аспекти життєдіяльності гідробіонтів на організменному рівні, надаються базові відомості про життєві форми, що сформувалися під впливом різноманітних факторів навколишнього середовища.

На початку конспекту в розділі 1 містяться базові відомості про гідобіологію - її предмет і задачі, місце в системі біологічних наук. Наводяться сучасні завдання, напрямки та розділи гідробіології, викладені основні етапи виникнення і розвитку гідробіології, зокрема в Україні.

Найважливішими факторами, що визначають особливості функціонування організмів, є властивості біотопу, а саме фізико-хімічні властивості їхніх складових - води та донних відкладів. Їхня характеристика надана в розділі 2 «Фізико-хімічні умови існування водного населення».

Розділ 3 «Гідросфера як середовище життя гідробіонтів» присвячений розгляду базових понять про навколишнє середовище та його фактори. Розглядається відгук організму на вплив зовнішніх чинників у формі різноманітних пристосувань, перелічуються та характеризуються найважливіші фактори водного середовища.

У розділах 4 «Пелагіаль» і 5 «Бенталь» надається характеристика населенню цих величезних та найважливіших екологічних зон гідросфери, аналізуються чинники, що обумовлюють сучасний стан різноманіття життєвих форм і угруповань гідробіонтів у Світовому океані і внутрішніх водоймах. Багато уваги приділено пристосуванням водних організмів до існування на поверхні і в товщі води та ґрунту.

Розділи 6 «Водно-сольовий обмін гідробіонтів», 7 «Газообмін гідробіонтів» і 8 «Роль температури в житті гідробіонтів» присвячені розгляду деяких аспектів фізіології водних мешканців, безпосередньо пов'язаних з умовами їхнього існування. Аналізуються залежності рівня метаболізму від зовнішніх чинників. Розглянуті адаптивні механізми, спрямовані на запобігання негативним факторам зовнішнього середовища.

Надана характеристика населенню вод з різною солоністю, забезпеченістю киснем та різними температурними умовами.

У розділі 9 «Вплив комплексу факторів на водні організми» аналізується вплив деяких періодичних (коливальних) та неперіодичних факторів на гідробіонтів - водневого показника, окислювально-відновлювального потенціалу, звуку, електрики і магнетизму. Особлива увага приділена світлу як найважливішому джерелу енергії, його сигнальному значенню, а також світловим умовам у воді і сприйняттю світла гідробіонтами. Розглядається вплив на організм одночасно декількох факторів і даються базові уявлення про екологічну нішу. Описані зміни, що відбуваються в гідробіоценозіх із сезонними явищами.

Таким чином, конспект, Ч. І містить передмову і 9 розділів. Усі розділи завершуються запитаннями для самоконтролю.

В основу лекційного курсу покладені наукові видання з гідробіології і гідроекології та інших наук у кількості 1 0 посилань. Конспект повністю охоплює матеріал першого семестру навчальної дисципліни.

Конспект розрахований на студентів, що розпочинають вивчати основи гідроекології паралельно з вивченням таких дисциплін як зоологія, ботаніка, хімія і вища математика. Важливе значення в підготовці студентів мають базові знання, отримані на базі загальноосвітньої школи.

1 ПРЕДМЕТ I ЗАДАЧІ ГІДРОБІОЛОГИ

Населення Землі, що утворює разом із субстратом, у якому воно живе, біогеосферу нашої планети, сконцентровано в газоподібній оболонці - атмосфері, твердій - літосфері й рідкій - гідросфері, причому остання являє собою найбільш широку арену життя. Із загальної площі поверхні

22

нашої планети, рівної приблизно 510 млн. км2, близько 362 млн. км2, тобто більше 70,5 % припадає на водне дзеркало, а якщо взяти до уваги й підземні води, які є майже повсюдно, те виявиться, що водна оболонка практично вкриває всю Землю. Крім того, на відміну від атмосфери й літосфери гідросфера заселена у всій своїй товщі, що вимірюється сотнями й тисячами метрів.

Населення гідросфери, або гідробіос, відіграє в житті людини величезну роль, що безупинно зростає із прогресом цивілізації. Воно експлуатується промислом, у найсильнішій мірі впливає на якість води і стан водойм, з ним доводиться рахуватися в медицині й ветеринарії, при будівництві й експлуатації гідротехнічних споруд, у водопостачанні, навігації і в багатьох інших областях практичної діяльності людини. Тому в міру освоєння гідросфери усе необхіднішим ставало її біологічне вивчення в інтересах оптимізації природокористування й охорони середовища людини. Завдання такого вивчення біологічних явищ у гідросфері взяла на себе наука гідробіологія (hydro - вода, Mos - життя, logos - слово, наука) що виникла наприкінці минулого століття. Сучасна гідробіологія входить до складу комплексу екологічних наук, що вивчають населення Землі в його взаємодії з неживою природою з метою прогнозу біосферних явищ, керування ними й розробки біологічних основ раціонального природокористування.

Як відзначається в "Гамільтонській заяві про керування спільними водними ресурсами", прийнятій на Всесвітній зустрічі по стійкому розвитку в Йоганнесбурзі (2002 р.), "...сьогодні більше половини населення світу проживає в межах 150 км від узбережжя. Це зростаюче населення своїм проживанням, промисловою діяльністю й відпочинком робить усе більш сильний тиск на ці цінні й уразливі екосистеми. Берега морів і прісноводних водойм в усьому світі перебувають у критичному стані". Все це негативно позначається на стані морських і континентальних водойм. Погіршується якість їхньої води, знижуються видовий склад і чисельність гідробіонтів.

Особливо складно вирішуються проблеми охорони водних ресурсів у країнах, що відчувають їх природний дефіцит. До їхнього числа входять багато країн Європи, Азії та інших континентів. Недостатність прісних вод проявляється і в регіонах з досить високими запасами природних вод у місцях надмірної концентрації водоємних виробництв. При цьому зростаєбезповоротне водоспоживання, погіршується якість природних вод і знижується самоочисна здатність водних екосистем.

Для вирішення проблем навколишнього середовища в ситуації, що склалася, необхідна повсякденна кваліфікована робота спеціалістів-гідроекологів, спрямована на пошук і практичне застосування науково обґрунтованих методів раціонального використання й охорони водних ресурсів.

1.1 Місце гідробіології в системі біологічних наук

Як наука екологічна, гідробіологія вивчає населення гідросфери у взаємозв'язку з навколишнім середовищем і біологічні явища у водоймах, що виникають у результаті взаємодії різних живих компонентів один з одним і з неживою природою. На перших етапах свого розвитку гідробіологія найбільшу увагу приділяла екологічному вивченню особин окремих видів. Такий аутекологічний напрямок зберігся і в сучасній гідробіології, але вже займає підлегле положення. На перший план висунулися демекологічні (популяційні) й синекологічні (біоценологічні) дослідження - вивчення популяцій і біоценозів як "надорганізмених форм життя", яким властиві певна структура, функція і характер взаємодії із навколишнім середовищем. Особливо інтенсивно в сучасній гідробіології вивчаються водні екосистеми - структурно-функціональні одиниці біосфери, що відрізняються між собою своїми фізико-хімічними характеристиками, складом населення та особливостями внутрішньосистемних взаємодій. Висування на перший план біоценологічних досліджень зміцнило в гідробіології системний підхід з використанням всіх засобів системного аналізу.

Стосовно до окремих організмів гідробіологія обмежується аналізом їхньої взаємодії з навколишнім середовищем без вивчення морфології та фізіології самих організмів, оскільки цим займаються спеціальні науки. Інший підхід потрібен був до демекологічних і синекологічних досліджень, оскільки спеціальних наук, що вивчають морфологію та фізіологію надорганізмених систем, немає. Тому при демекологічних і синекологічних дослідженнях гідробіологи повинні вивчати не тільки взаємодію популяцій і біоценозів з навколишнім середовищем, але також з'ясовувати їхню структуру і внутрішньосистемні взаємозв'язки. Вивченість надорганізмених систем поки ще дуже невелика, тому що концепція ієрархії рівнів організації живої матерії, яка є найбільшим завоюванням сучасної біології, досить чітко сформувалася тільки останнім часом. Разом із тим зараз стало зрозумілим, що головний шлях до керування живою природою лежить через пізнання закономірностей існування і взаємодії надорганізмених систем, для чого необхідно їхнє вивчення в структурному і функціональному відношеннях. Із цієї причинивоно стало центральним завданням сучасної екології й відповідно гідробіології. Разом з тим не зникла необхідність в екологічному вивченні окремих організмів як компонентів більш складних біологічних систем. Це тим більш справедливо, що нові концепції в екології, пов'язані з вивченням надорганізмених систем, зажадали для своєї конкретизації багато таких відомостей аутекологічного характеру, на одержання яких раніше не зверталося достатньої уваги.

Гідробіологія вивчає в екологічному аспекті ту ділянку біосфери, що лежить у межах водної оболонки Землі і може бути названою біогідросферою. Пізнання біогідросфери у всій повноті - завдання не тільки гідробіології, але й таких наук як гідрологія, гідрохімія, гідрофізика, гідрогеологія і ряду інших. Разом з тим гідробіолог не вивчає організми, популяції й біоценози у відриві від абіотичного середовища, а досліджує їх у рамках екосистеми як частину останньої з урахуванням всіх її особливостей. Такий підхід до дослідження створив у деяких фахівців неправильне уявлення про гідробіологію як науку комплексну, що вивчає не тільки живий, але й мертвий компоненти екосистеми. Це уявлення помилкове. Звичайно, не можна уявити собі організм поза популяцією, останню поза біоценозом, що у свою чергу не може існувати поза екосистемою. Усюди проявляється єдність живої природи, єдність живого й мертвого її компонентів. Однак не можна на цій підставі розвивати гідробіологію як науку комплексну, одночасно вивчаючи об'єкти біотичні й абіотичні. Властивості останніх і закономірності їхнього існування не досліджуються гідробіологами, хоча всебічно враховуються при екологічному аналізі. Звичайно, гідробіолог вимірює температуру води, її прозорість, швидкість руху, але це не робить його фізиком, як визначення солоності води - хіміком, а обчислення кількості гідробіонтів -математиком. Гідробіологія користується методами різних наук, але в подібному стані в цей час перебуває переважна більшість інших дисциплін, що не дає підстав уважати їх комплексними.

Іноді гідробіологію необгрунтовано зближають або навіть ототожнюють з тими географічними дисциплінами, які, вивчаючи водойми як природні тіла, враховують особливості їхнього населення, вплив його на внутрішньоводоймові процеси. Найчастіше таке зближення припускається відносно прісноводної гідробіології й лімнології (їішпє - озеро) -географічної (гідрологічної) дисципліни, що вивчає озера або, у розширеному розумінні, всі континентальні водойми. Однак лімнолог, географ за освітою, не досліджує життя у водоймі, а лише враховує його значення як гідрологічного фактора. Навпаки, гідробіолог (біолог) не вивчає мертве, хоча ретельно оцінює його стан при екологічному аналізі. Таким чином, гідробіологія і гідрологія, зокрема лімнологія, тісно контактуючи між собою і взаємно збагачуючи одна одну своїми даними, залишаються за метою і завданням зовсім самостійними дисциплінамивідповідно біологічного і географічного профілю.

З біологічних дисциплін найбільш тісно контактують з гідробіологією зоологія, ботаніка, мікробіологія та біогеографія. Опираючись на них, гідробіолог отримує уяву про склад населення водойм і ряд інших відомостей, що потім використовуються в екологічному аналізі. В свою чергу розвиток вищезазначених і багатьох інших біологічних дисциплін в цей час неможливий без врахування даних про екологію водного населення.

1.2 Методи гідробіології

До основних методів гідробіології відносяться кількісний облік різних груп населення і оцінка їхньої функціональної ролі. Облік численності - чисельності й біомаси (сумарної маси) особин, з одного боку, дозволяє уточнити уяву про їхню екологію. Наприклад, порівнюючи численність особин даного виду (віку, стану) на різних грунтах, можна бачити, якому з них і в якій мірі віддається перевага; подібним чином можна виявити відношення особин до температури, солоності та інших факторів середовища. З іншого боку, визначаючи чисельність і біомасу різних груп населення, судять про структуру популяцій і біоценозів, динаміку їхнього стану, локальної мінливості. Нарешті, дані про кількість тих або інших організмів необхідні для сумарної оцінки їхньої ролі в різних екосистемних процесах.

Для кількісного обліку водного населення використовуються прилади, які занурюють звичайно у водойму з борта судна (дночерпачі, драги, планктонні сітки, планктоночерпачі, помпи, батометри та ін.). З їхньою допомогою обловлюються певні ділянки води, грунту або інших субстратів, встановлюється видовий склад, чисельність і біомаса організмів, знайдених у пробах, з наступним перерахуванням на одиницю площі або об'єму.

В ряді випадків для оцінки кількості організмів у водоймах використовуються біофізичні й біохімічні методи. Наприклад, по концентрації хлорофілу або АТФ судять відповідно про кількість водоростей і бактерій; по спектральному складу світла, що виходить з води (дистанційна спектроскопія) - про вміст хлорофілу. Підводні й надводні відеоспостереження, фотографування, ехолокація, а також візуальні спостереження, виконані з літаків, підводних човнів, батискафів, за допомогою аквалангів і в стаціонарних підводних лабораторіях доповнюють арсенал засобів, за допомогою яких визначають концентрацію і розподіл водного населення, структуру популяцій і гідробіоценозів. Останнім часом до вищезазначених засобів додаються і набувають особливої перспективності спостереження з космосу, що дозволяють майже одночасно оцінювати багато параметрів стану гідросфери та їїнаселення в цілому.

Для оцінки функціональної ролі окремих груп населення в екосистемі встановлюється їхнє значення в трансформації речовин і енергії. З цією метою використовуються фізіологічні, мікробіологічні, біохімічні, токсикологічні, біофізичні й багато інших методів (визначення величини фотосинтезу, енерговитрат, використання їжі на ріст, фільтраційної активності та ін.). Сучасні засоби математичного аналізу використовуються для створення схем, що моделюють основні біологічні процеси, які відбуваються в екосистемах.

1.3 Завдання гідробіології і її значення

Основне завдання гідробіології - вивчення екологічних процесів у гідросфері з метою знаходження шляхів керування, знаходження тих форм відносини людей до водних екосистем, при яких користь від останніх була б найбільшою, а шкода - найменшою. Біологічні основи освоєння гідросфери розробляються стосовно до умов комплексного використання водойм, коли інтереси різних форм водокористування й водоспоживання тісно погоджуються один з одним відповідно до перспектив найбільш раціонального природокористування. У зв'язку із цим перед гідробіологією встає завдання створення наукових основ охорони водних екосистем, що, однак, не слід розуміти як збереження всіх їх у вихідному стані. Людство не може існувати тільки за рахунок природних ресурсів без перетворення частини природних наземних і водних екосистем у штучні. Охорона водних екосистем - це захист від всіх впливів, що ускладнюють підтримку їх у стані найбільшої відповідності тим вимогам, які диктуються життєвими інтересами людини. Точна оцінка останніх украй складна, і гідробіологія повинна працювати з більшим випередженням, щоб сьогоднішнє розуміння інтересів не виявилося згодом небезпечною оманою.

Страницы:
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12 


Похожие статьи

О В Курілов - Гідробіологія конспект лекцій

О В Курілов - Гідробіологія