Характеристики водного середовища та пристосування до них живих організмів

 

Індикатори - це види рослин і тварин, у тому числі і риби, за допомогою яких можна оцінити ступінь забруднення навколишнього середовища, здійснювати постійний контроль її якості і змін. Наприклад, дзеркальний короп і золота рибка стають неспокійними за наявності у воді стоків нафтової і хімічної промисловості. Висока чутливість щуки до забруднення робить її надійним індикатором стану питної води. Індикаторами чистоти водойми можуть служити головач сибірський і форель.

У своєму природному стані різні природні водойми можуть сильно відрізнятися один від одного. На водну флору і фауну діють такі показники як глибина водойми, швидкість течії, кислотно-лужні властивості води, каламутність, кисневий і температурний режим, кількість розчиненої органіки, сполук азоту і фосфору і багато інших. На всі ці параметри впливає як антропогенне навантаження, так і природні процеси, що відбуваються у водоймах. Для водойм різних типів в нормі буде характерний різний видовий склад і велика кількість водних організмів (гідробіонтів).

Варто відмітити, що найчистіші водойми не матимуть найбагатшу фауну.

Спробуємо ж коротко описати основні умови проживання водних організмів в водоймах з різними характеристиками.

а) Температурний режим.

Температура води і динаміка її змін – найважливіший екологічний чинник для всіх мешканців водойм. Адже температура не тільки безпосередньо впливає на гідробіонтів, регулює швидкість життєвих процесів, але і визначає найважливіші физико-хімічні властивості води.

Водні організми пристосувалися до різних температурних умов проживання: одні з них живуть в гарячих джерелах при температурі 45-50 °С і вище, інші активні при температурі води –2°С і можуть витримувати промерзання – 12°С. Важливе інше: через свою високу теплоємність вода є набагато більш термостабільним середовищем, ніж повітря тобто її температура змінюється поволі, а це сприятливо для існування живих організмів. У водоймах суші температура зазвичай коливається значно істотніше, ніж в морях і океанах. Особливо це характерно для водойм помірного поясу, де сезони сильно відрізняються один від одного, і температура води протягом року може змінюватися на 10-20 градусів. Організми здатні жити у воді різної температури і переносити значні її коливання, називаються евритермними. У них виробляються різні пристосування, що дозволяють компенсувати дії змінної температури: змінюється активність ферментів, загальна інтенсивність процесів обміну речовин. Самі організми проводять міграції в місця з стабільнішою або сприятливішою температурою. Так багато прісноводих риб взимку скупчуються в найбільш глибоких ділянках водойми. Іноді зниження швидкості обміну речовин при низькій температурі може бути вигідно для організму: наприклад, риб це оберігає від виснаження організму взимку, в період з несприятливими кормовими умовами.

Організми, здатні існувати тільки у вузькому діапазоні температур, називаються стенотермними. Для них зміну температурну режиму водойми може виявитися згубним. Існують стенотермні види пристосовані до життя тільки в холодній воді (струмкова форель) – це оліготермні види. Навпаки, є види, що живуть тільки в теплій воді, що гарно прогрівається. До таких політермних видів із звичних нам організмів відносяться багато акваріумних рибок. Людина може відчутно впливати на температурний режим водойм. Скидання води з системи охолоджування теплових і атомних електростанцій підвищує температуру значних ділянок річки або озера на 5-10 градусів що приводить до корінних змін в співтоваристві організмів, що населяють цю зону.

б) Газовий склад.

У воді природних водойм розчинені різні гази. Концентрації цих газів залежать від їх природи, їх вмісту в атмосфері, а також від температури і солоності води (при підвищенні цих двох показників розчинність газів падає). Та кількість газу, яка може розчинитися в воді за даних умов, називається “нормальною”. Величезне значення для водних організмів має концентрація розчиненого у воді кисню. Цей газ потрапляє у водойме з атмосфери, а також виділяється водними рослинами в процесі фотосинтезу. Відносне значення кожного з цих шляхів може мінятися залежно від характеристик водойми: у швидкій, порожистій річці із слабо розвиненою рослинністю більш значуща дифузія кисню з атмосфери. А в озері що має могутні зарослі водної рослинності, велика частина кисню може поступати у воду в результаті їх фотосинтетичної активності. При 0°С і нормальному атмосферному тиску в одному літрі прісної води може розчинитися 10,3 мл кисню. Чим тепліша вода, тим менше кисню може бути в ній розчинено.

Насичення води атмосферним киснем йде через поверхню. Фотосинтез максимально інтенсивний теж у верхньому, найбільш освітленому шарі води. Тому кисневі умови у поверхні зазвичай краще, ніж на глибині. Особливо сильно це може бути виражено в тих водоймах, де перемішування води майже не відбувається, а на дні є значна кількість органічних залишків: адже при гнитті органіка поглинає кисень з води. Через такі процеси вміст кисню у воді може падати нижче необхідного для нормального життя водних організмів рівня. Вміст кисню у водоймі міняється також залежно від сезону і часу доби. Мінімальні його концентрації у воді виявляються зазвичай рано вранці: адже вночі рослини не фотосинтезують, а тільки поглинають кисень в процесі свого дихання. З сезонів найменш сприятлива з точки зору кисневого режиму зима: лід не дозволяє проникати у воду кисню атмосфери, умови для фотосинтезу під шаром льоду теж несприятливі. Тому саме взимку найчастіше відбуваються замори – масова загибель гідробіонтів через брак кисню. Деякі водні мешканці порівняно легко переносять низькі концентрації кисню у воді (карась, молюск живородка, малощетинковий черв'як трубочник), оскільки вони пристосувалися до життя у водоймах, де дефіцит кисню – звичайне явище. Інші організми навпаки, надзвичайно вимогливі до вмісту кисню: форель, поденки з сімейства гептагеніди (Heptageniidae), бродячі ручейники (Rhyacophilidae).

З інших газів, що мають важливе значення для гідробіонтів, треба відзначити вуглекислий газ: у невеликих концентраціях він необхідний для ходу фотосинтезу, регулює швидкість деяких процесів метаболізму. Наявність у воді вуглекислого газу дозволяє також стабілізувати її кислотно-основні властивості.

в) Кислотно-основні властивості води.

Кислотно-основні характеристики води природних водойм зазвичай не відчувають сильних змін. Вони залежать перш за все від характеру живлення водойми, від того, якими породами складено його ложе, а також від хімічних і біологічних процесів, що в ній відбуваються. Вода з рН нижче 6,95 є кислою. За нейтральну вважається вода з рН від 6,96 до 7,3.

Природні води з вищими значеннями рН називаються лужними. Сильний вплив на реакцію води в наших широтах надають сфагнові мохи, що містять велику кількість органічних кислот. У невеликих водоймах на сфагнових болотах рН води може складати до 3,4! Навпаки, в ході активного фотосинтезу у водоймі реакція його води може ставати більш лужною (до рН=10) із-за вичерпання запасів вуглекислоти. Протягом ночі, коли фотосинтез не відбувається, а всі гідробіонти продовжують дихати і насищати воду вуглекислотою, рН знову знижується. Розмах таких добових коливань кислотності зазвичай не перевищує двох одиниць рН. Найбільш чутливі до закисляння водойми молюски та інші істоти з вапняними раковинами: їх раковини в кислій воді просто починають розчинятися.

г) Солоність, мінеральний склад.

Солоність – сума концентрацій всіх розчинених у воді мінеральних речовин. За прісну вважається вода, що має солоність нижче 0,5 грам/кг (ця одиниця називається промілле). Вода океану зазвичай має солоність від 30 до 35 промілле. Окрім прісних водойм і солоного моря існують водні об'єкти з проміжним рівнем солоності. Сума концентрацій у воді іонів магнію і кальцію називається жорсткістю. Особливо важливий цей показник для організмів, що мають вапняні скелети і раковини. Якщо для регіону поклади вапняків і інших легкорозчинних гірських порід нехарактерні, вода більшості водойм буде “м'якою” – тобто містити мало іонів Са₂+ і Mg₂+. Прісна і солона вода дуже по-різному впливають на організм водних тварин. Особливо сильно розрізняються у морських і прісноводих мешканців системи осморегуляції. Тому солоні водойми мають свою характерну фауну, а прісні водойми – свою. Найменш сприятливі для життя водойми з проміжним рівнем солоності. Як правило, вони мають дуже бідну фауну водних безхребетних.

ґ) Прозорість, світловий режим.

На поверхню водойм нашого регіону в рік падає в середньому біля 320 кДж/см² сонячної енергії. Якщо сонце стоїть в зеніті, а поверхня води ідеально гладка, то від неї відбивається близько 5% падаючої енергії. Навіть при слабкому хвилюванні частка відбитої енергії зростає до 15%. Збільшується вона і при косому падінні променів: якщо сонце знаходиться під кутом 30° до лінії горизонту, то навіть від гладкої водної поверхні буде відбиватися 25% енергії. Але і сонячні промені, що проникли у водну товщу, чекає нелегка доля: вода набагато менш прозора, чим повітря, вона сильно поглинає і розсіює світлові промені. Проте, хоч би мінімальний рівень освітленості необхідний для більшості водних організмів: рослинам він потрібний для ведення фотосинтезу органічних речовин, тваринам – для розпізнавання навколишнього середовища, орієнтації, синхронізації життєвих циклів. Водні тварини сильно «близорукі». Риби бачать достатньо чітко тільки на відстані 5-10 см. Зате вони можуть задовольнятися в мільйони раз слабкішим рівнем освітлення, ніж мешканці суші.

Прозорість води – характеристика, що показує, наскільки зменшилася інтенсивність світла при його проходженні через шар води певної товщини. Океани і моря зазвичай прозоріші, ніж континентальні водойми: у них слабке світло проникає до глибини 150 і більше метрів (глибше за всіх проникають сині і зелені промені). І на таких глибинах ростуть види червоних водоростей, здатні вести фотосинтез цьому мізерному освітленні. У континентальних водоймах прозорість і умови освітленості міняються дуже сильно. У гірських річках і озерах світло може проникати до дна: дно цих водойм складене малорозчинними породами, в них мало планктону. У рівнинних водоймах прозорість залежить від сезону. У паводок вона мінімальна. На значні глибини світло проникає тільки в озерах з низькими концентраціями органічних речовин - в них прозорість може досягати 40 м. У більшості ж річок і озер прозорість не перевищує 2 – 3 м. Особливо низьку прозорість мають дистрофні озера з сильно гуміфікованою коричневою водою і евтрофні озера, в яких багато планктону. Кількість зважених частинок, річок, що сильно впливають на прозорість максимально, якщо швидкість течії велика, а підстилаючі породи - м'які.

д) Грунти

Розрізняють дрібнозернисті (м'які) і грубозернисті (жорсткі) грунти. До м'яких грунтів відносяться глину (діаметр частинок менше 0,01 мм) мул (від 0,01 до 0,1 мм) і пісок (0,1 – 1 мм). До жорстких – гравій (діаметр частинок 0,1 – 1 см), галька (1 - 10 см), валуни (10 – 100 см) і глиби (більше 100 см). Зазвичай реальні грунти складаються з суміші різних фракцій. Більшість водних організмів вважають за краще мешкати на визначених типах грунту. Організми, що мешкають на піщаних грунтах, називаються псаммофілами. На кам'янистих – літофилами. На мулах – пелофілами і так далі На незвичних грунтах водні організми не можуть нормально харчуватися, будувати притулки, що веде до їх ослаблення і загибелі. Існує цікава закономірність: при порівнянні мешканців кам'янистого грунту з псаммофілами і далі – з пелофілами, середні розміри і маси окремих особин зменшуються, зате їх кількість зростає. Водні організми і самі роблять вплив на донний грунт. Рослини скріпляють його своїм корінням, тварини збагачують органікою і активно “перепахують”.

е) Гідродинаміка (течії, хвилювання).

Для водойм суші найбільш характерні постійні течії викликані нахилом русла (у річках), а також періодичні або тимчасові течії, що відбуваються через тертя повітряних мас об водну поверхню або через різниці в температурі і щільності води в різних частинах водойми. На порожистих ділянках річок швидкість течії може досягати декількох метрів в секунду. Умови проживання на таких ділянках дуже своєрідні: через інтенсивне перемішування вода насичена киснем, існує постійна небезпека бути відірваним від грунту і знесеним течією. Харчові частинки з великою швидкістю проносяться мимо. Організми, пристосовані до проживання в таких умовах, називаються реакофілами. Втім, більшість рівнинних річок мають спокійнішу течію, її швидкість зазвичай не перевищує декількох десятків сантиметрів в секунду. У озерах і ставках течії мають ще менші швидкості, але їх значення для життя водних організмів дуже велике. Двічі в рік, навесні і осінню, в всіх водоймах помірного поясу, що мають достатню глибину, відбувається масштабне перемішування водних мас. Вода у поверхні нагрівається (навесні) або охолоджується (восени) до температури +4 °С. Відомо, що при такій температурі вода має максимальну щільність, тому верхні шари води опускаються вниз, а придонні витісняються вгору, до поверхні. При цьому перемішуванні глибини водойми збагачуються киснем, а до поверхні піднімаються з глибини біогени і мінеральні солі.