Пресноводная экосистема
Пресноводные экосистемы являются частью водных экосистем Земли . Они включают озера , пруды , реки , ручьи , родники , болота и водно-болотные угодья . [1] Их можно противопоставить морским экосистемам , которые имеют большее содержание соли . Пресноводные среды обитания можно классифицировать по различным факторам, включая температуру, проникновение света, питательные вещества и растительность. Существует три основных типа пресноводных экосистем: лентические (медленно движущаяся вода, включая бассейны , пруды и озера ), лотические (быстро движущаяся вода, например, ручьи и реки ) и водно-болотные угодья (районы, где почва насыщена или затоплена в течение как минимум часть времени). [2] [1] Пресноводные экосистемы содержат 41% известных в мире видов рыб. [3]
Пресноводные экосистемы с течением времени претерпели существенные изменения, что повлияло на различные характеристики экосистем. [4] Первоначальные попытки понять и контролировать пресноводные экосистемы были вызваны угрозами для здоровья человека (например, вспышками холеры из -за загрязнения сточных вод ). [5] Ранний мониторинг был сосредоточен на химических индикаторах, затем на бактериях и, наконец, на водорослях, грибах и простейших. Новый тип мониторинга включает количественную оценку различных групп организмов ( макробеспозвоночных , макрофитов и рыб) и измерение условий рек, связанных с ними. [6]
Угрозы пресноводному биоразнообразию включают чрезмерную эксплуатацию , загрязнение воды , изменение стока, разрушение или деградацию среды обитания , а также вторжение экзотических видов . [7] Изменение климата оказывает дополнительное давление на эти экосистемы , поскольку температура воды уже повысилась примерно на 1 °C, а ледяной покров значительно сократился, что привело к последующему стрессу в экосистеме. [8]
Типы
[ редактировать ]Существует три основных типа пресноводных экосистем: лентические (медленно движущаяся вода, включая бассейны , пруды и озера ), лотические (быстро движущаяся вода, например, ручьи и реки ) и водно-болотные угодья (районы, где почва насыщена или затоплена в течение как минимум часть времени). Лимнология (и ее отрасль пресноводной биологии ) — это исследование пресноводных экосистем. [1]
Лентические экосистемы
[ редактировать ]Озерная экосистема или озерная экосистема включает в себя биотические (живые) растения , животных и микроорганизмы , а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия. [9] Озерные экосистемы являются ярким примером сточных экосистем ( лентик относится к стационарным или относительно неподвижным пресным водам , от латинского lentus , что означает «вялый»), которые включают пруды , озера и водно-болотные угодья , и большая часть этой статьи относится к постным экосистемам в целом. . Лентические экосистемы можно сравнить с лотическими экосистемами , которые включают в себя текущие наземные воды, такие как реки и ручьи . Вместе эти две экосистемы являются примерами пресноводных экосистем.
Стоматологические системы разнообразны: от небольшого временного бассейна с дождевой водой глубиной в несколько дюймов до озера Байкал , максимальная глубина которого составляет 1642 м. [10] Общее различие между бассейнами/прудами и озерами неясно, но Браун [9] утверждает, что у прудов и бассейнов вся поверхность дна подвергается воздействию света, а у озер — нет. Кроме того, некоторые озера подвергаются сезонной стратификации. Пруды и бассейны имеют две области: пелагическую зону открытой воды и бентосную зону , которая включает в себя дно и береговую область. Поскольку озера имеют глубокое дно, не подвергающееся воздействию света, в этих системах есть дополнительная зона — профундальная . [11] Эти три территории могут иметь очень разные абиотические условия и, следовательно, виды-хозяева, специально адаптированные к жизни там. [9]Лотические экосистемы
[ редактировать ]Речные экосистемы представляют собой текущие воды, истощающие ландшафт, и включают в себя биотические (живые) взаимодействия между растениями, животными и микроорганизмами, а также абиотические (неживые) физические и химические взаимодействия многих его частей. [12] [13] Речные экосистемы являются частью более крупных сетей водоразделов или водосборов, где меньшие истоки впадают в ручьи среднего размера, которые постепенно впадают в более крупные речные сети. Основные зоны речных экосистем определяются уклоном русла реки или скоростью течения. Быстро движущаяся турбулентная вода обычно содержит более высокие концентрации растворенного кислорода , что поддерживает большее биоразнообразие, чем медленно движущаяся вода в бассейнах. Эти различия лежат в основе разделения рек на горные и равнинные .
Пищевая база ручьев в прибрежных лесах в основном обеспечивается деревьями, но более широкие ручьи и те, у которых нет полога, получают большую часть своей пищевой базы из водорослей. Проходные рыбы также являются важным источником питательных веществ. Экологические угрозы рекам включают потерю воды, плотины, химическое загрязнение и интродуцированные виды . [14] Плотина оказывает негативное воздействие, которое продолжается вниз по водоразделу. Наиболее важными негативными последствиями являются сокращение весенних паводков, наносящих ущерб водно-болотным угодьям, и задержка наносов, что приводит к исчезновению дельтовых водно-болотных угодий. [15]
Речные экосистемы являются яркими примерами лотичных экосистем. Лотик означает текущую воду, от латинского лотоса , что означает омываемый. Лотические воды варьируются от родников шириной всего в несколько сантиметров до крупных рек шириной в километры. [16] Большая часть этой статьи относится к лотичным экосистемам в целом, включая связанные с ними лотичные системы, такие как ручьи и источники . Лотические экосистемы можно противопоставить лентическим экосистемам , которые включают относительно спокойные наземные воды, такие как озера, пруды и водно-болотные угодья . Вместе эти две экосистемы образуют более общую область изучения пресноводной или водной экологии .водно-болотные угодья
[ редактировать ]Водно -болотное угодье представляет собой отдельную полуводную экосистему которой , почвенный покров затоплен либо постоянно или насыщен водой . , в течение многих лет или десятилетий, либо только сезонно в течение более коротких периодов времени В результате наводнений бескислородные ( бескислородные происходят ) процессы, особенно в почвах . [17] Водно-болотные угодья образуют переходную зону между водоемами и засушливыми землями и отличаются от других наземных или водных экосистем тем, что растительности их корни адаптировались к бедным кислородом заболоченным почвам . [18] Они считаются одними из самых биологически разнообразных из всех экосистем, служащих средой обитания для широкого спектра водных и полуводных растений и животных часто улучшается , при этом качество воды , растениями за счет удаления излишков питательных веществ, таких как нитраты и фосфаты .
Водно-болотные угодья существуют на всех континентах , кроме Антарктиды . [19] Вода на водно-болотных угодьях бывает пресная , солоноватая или соленая . [18] Основные типы водно-болотных угодий классифицируются на основе доминирующих растений и источника воды. Например, болота — это водно-болотные угодья, в которых преобладает надводная травянистая растительность, такая как тростник , рогоз и осока . На болотах преобладает древесная растительность, такая как деревья и кустарники (хотя в тростниковых болотах Европы преобладают тростники, а не деревья). Мангалы – это водно-болотные угодья с галофитными древесными растениями, известными как мангровые заросли , которые приспособились переносить соленую воду .
Примеры водно-болотных угодий, классифицированных по источникам воды, включают приливные водно-болотные угодья (где источником воды являются океанские приливы ), эстуарии (источник воды - смешанные приливные и речные воды), поймы рек (источник воды - избыток воды из вышедших из берегов рек или озер) и болота. и весенние пруды (источник воды – дождевые или талые воды ). [17] [20] На некоторых водно-болотных угодьях растет несколько типов растений и они питаются от нескольких источников воды, что затрудняет их классификацию. Крупнейшие в мире водно-болотные угодья включают бассейн реки Амазонки , Западно-Сибирскую равнину , [21] Пантанал , в Южной Америке [22] и Сундарбаны в дельте Ганги - Брахмапутры . [23]Угрозы
[ редактировать ]Биоразнообразие
[ редактировать ]Пять основных угроз пресноводному биоразнообразию включают чрезмерную эксплуатацию , загрязнение воды , изменение стока, разрушение или деградацию среды обитания и вторжение экзотических видов . [7] Недавние тенденции вымирания можно объяснить в основном отложениями осадков, фрагментацией рек, химическими и органическими загрязнителями, плотинами и инвазивными видами. [24] пресноводных К распространенным химическим воздействиям на здоровье экосистем относятся подкисление, эвтрофикация , а также загрязнение медью и пестицидами. [25]
Пресноводное биоразнообразие сталкивается со многими угрозами. [26] Всемирного фонда природы Индекс живой планеты отметил сокращение популяций пресноводных позвоночных на 83% в период с 1970 по 2014 год. [27] Это снижение продолжает опережать современное снижение в морских и наземных системах. Причины такого снижения связаны с: [28] [26]
- Быстро меняющийся климат
- Интернет-торговля дикими животными и инвазивные виды
- Инфекционное заболевание
- Цветение токсичных водорослей
- Гидроэнергетические плотины и фрагментация половины рек мира
- Новые загрязняющие вещества, такие как гормоны
- Инженерные наноматериалы
- микропластиком Загрязнение
- Световые и шумовые помехи
- Более соленая прибрежная пресная вода из-за повышения уровня моря
- Концентрация кальция падает ниже потребностей некоторых пресноводных организмов.
- Аддитивный и, возможно, синергетический эффект этих угроз
Инвазивные виды
[ редактировать ]Инвазивные растения и животные представляют собой серьезную проблему для пресноводных экосистем. [29] во многих случаях они вытесняют местные виды и изменяют водные условия. Интродуцированные виды особенно разрушительны для экосистем, в которых обитают виды, находящиеся под угрозой исчезновения . Примером этого является конкуренция азиатского карпа с веслоносом в реке Миссисипи . [30] Распространенными причинами появления инвазивных видов в пресноводных экосистемах являются выбросы в аквариумы , интродукция для спортивной рыбалки и интродукция для использования в качестве пищевой рыбы. [31]
Вымирание пресноводной фауны
[ редактировать ]С 1900 года в Северной Америке вымерло более 123 видов пресноводной фауны. По оценкам, из североамериканских пресноводных видов под угрозой исчезновения находятся 48,5% мидий, 22,8% брюхоногих моллюсков , 32,7% раков, 25,9% амфибий и 21,2% рыб. или угрожали. [24] Темпы вымирания многих видов могут резко возрасти в следующем столетии из-за инвазивных видов, исчезновения ключевых видов и видов, которые уже функционально вымерли (например, виды, которые не размножаются). [24] Даже по самым скромным оценкам темпы вымирания пресноводных рыб в Северной Америке в 877 раз превышают фоновые темпы вымирания (1 на 3 000 000 лет). [32] Прогнозируемые темпы вымирания пресноводных животных примерно в пять раз выше, чем наземных животных, и сопоставимы с темпами вымирания сообществ тропических лесов. [24] Учитывая тяжелое состояние пресноводного биоразнообразия, группа ученых и практиков со всего мира недавно разработала план чрезвычайных действий, чтобы попытаться восстановить пресноводное биоразнообразие. [33]
Современные методы биомониторинга пресной воды сосредоточены в первую очередь на структуре сообщества, но некоторые программы измеряют функциональные показатели, такие как биохимическая (или биологическая) потребность в кислороде, потребность в кислороде в отложениях и растворенный кислород. [6] За структурой сообщества макробеспозвоночных обычно следят из-за разнообразия таксономии, простоты сбора, чувствительности к ряду стрессоров и общей ценности для экосистемы. [34] Кроме того, в программах биомониторинга измеряется структура сообщества водорослей (часто с использованием диатомей). Водоросли также таксономически разнообразны, их легко собирать, они чувствительны к ряду стрессоров и в целом ценны для экосистемы. [35] Водоросли растут очень быстро, и сообщества могут отражать быстрые изменения условий окружающей среды. [35]
Помимо структуры сообщества, реакция на пресноводные стрессоры исследуется с помощью экспериментальных исследований, которые измеряют изменения в поведении организма, изменение скорости роста, размножения или смертности. [6] Результаты экспериментов по отдельным видам в контролируемых условиях не всегда могут отражать природные условия и многовидовые сообщества. [6]
Использование эталонных участков является обычным явлением при определении идеализированного « здоровья» пресноводной экосистемы. Эталонные участки можно выбирать пространственно, выбирая участки с минимальным воздействием со стороны человека. [6] Однако эталонные условия также могут быть установлены во времени с использованием сохранившихся индикаторов, таких как створки диатомовых водорослей, пыльца макрофитов, хитин насекомых и чешуя рыб, которые могут использоваться для определения условий до крупномасштабного вмешательства человека. [6] Эти временные эталонные условия часто легче восстановить в стоячей воде, чем в движущейся воде, поскольку стабильные отложения могут лучше сохранять биологические индикаторные материалы.
Изменение климата
[ редактировать ]Последствия изменения климата значительно усложняют и часто усугубляют воздействие других стрессоров, которые угрожают многим видам рыб. [36] беспозвоночные, [37] фитопланктон, [38] и другие организмы. Изменение климата приводит к повышению средней температуры водоемов и усугубляет другие проблемы, такие как изменения в составе субстрата , концентрации кислорода и другие системные изменения, которые оказывают волновое воздействие на биологию системы. [8] Температура воды уже повысилась примерно на 1 °C, а значительное сокращение ледяного покрова привело к последующему стрессу в экосистеме. [8]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б с Ветцель, Роберт Г. (2001). Лимнология: озерные и речные экосистемы (3-е изд.). Сан-Диего: Академическая пресса. ISBN 978-0127447605 . OCLC 46393244 .
- ^ Ваккари, Дэвид А. (8 ноября 2005 г.). Экологическая биология для инженеров и ученых . Уайли-Интерсайенс . ISBN 0-471-74178-7 .
- ^ Daily, Гретхен К. (1 февраля 1997 г.). Природные услуги . Айленд Пресс . ISBN 1-55963-476-6 .
- ^ Карпентер, Стивен Р.; Стэнли, Эмили Х.; Вандер Занден, М. Джейк (2011). «Состояние пресноводных экосистем мира: физические, химические и биологические изменения» . Ежегодный обзор окружающей среды и ресурсов . 36 (1): 75–99. doi : 10.1146/annurev-environ-021810-094524 . ISSN 1543-5938 .
- ^ Рудольфс, Виллем; Фальк, Ллойд Л.; Рагоцки, Р.А. (1950). «Обзор литературы о возникновении и выживании кишечных, патогенных и родственных организмов в почве, воде, сточных водах и осадках, а также о растительности: I. Бактериальные и вирусные заболевания». Сточные воды и промышленные отходы . 22 (10): 1261–1281. JSTOR 25031419 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж Фриберг, Николай; Бонада, Нурия; Брэдли, Дэвид С.; Данбар, Майкл Дж.; Эдвардс, Франсуа К.; Грей, Джонатан; Хейс, Ричард Б.; Хилдрю, Алан Г.; Ламуру, Николя (2011), «Биомониторинг воздействия человека на пресноводные экосистемы», « Достижения в области экологических исследований », Elsevier, стр. 1–68, doi : 10.1016/b978-0-12-374794-5.00001-8 , ISBN 9780123747945
- ^ Jump up to: а б Даджен, Дэвид; Артингтон, Анджела Х.; Гесснер, Марк О.; Кавабата, Дзен-Ичиро; Ноулер, Дункан Дж.; Левек, Кристиан; Найман, Роберт Дж.; Приер-Ришар, Анн-Элен; Сото, Дорис (12 декабря 2005 г.). «Пресноводное биоразнообразие: важность, угрозы, состояние и проблемы сохранения». Биологические обзоры . 81 (2): 163–82. CiteSeerX 10.1.1.568.4047 . дои : 10.1017/s1464793105006950 . ISSN 1464-7931 . ПМИД 16336747 . S2CID 15921269 .
- ^ Jump up to: а б с Пармезан, Камилла; Моркрофт, Майк; Трисурат, Йонгьют; и др. «Глава 2: Наземные и пресноводные экосистемы и их услуги» (PDF) . Изменение климата 2022: последствия, адаптация и уязвимость . Вклад Рабочей группы II в шестой оценочный доклад Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Межправительственная группа экспертов по изменению климата . Архивировано из оригинала (PDF) 28 февраля 2022 г. Проверено 3 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с Браун, Ал. (1987). Пресноводная экология . Образовательные книги Heinimann, Лондон. п. 163. ИСБН 0435606220 .
- ^ Брёнмарк, К.; Л.А. Ханссон (2005). Биология озер и прудов . Издательство Оксфордского университета, Оксфорд. п. 285. ИСБН 0198516134 .
- ^ Калфф, Дж. (2002). Лимнология . Прентис-Холл, Аппер-Седл, Нью-Джерси. п. 592. ИСБН 0130337757 .
- ^ Анжелиер, Э. 2003. Экология ручьев и рек. Science Publishers, Inc., Энфилд. Стр. 215.
- ^ «Концепции и связи биологии, шестое издание», Кэмпбелл, Нил А. (2009), страницы 2, 3 и G-9. Проверено 14 июня 2010 г.
- ^ Александр, Дэвид Э. (1 мая 1999 г.). Энциклопедия наук об окружающей среде . Спрингер . ISBN 0-412-74050-8 .
- ^ Кедди, Пол А. (2010). Экология водно-болотных угодий. Принципы и сохранение . Издательство Кембриджского университета. п. 497. ИСБН 978-0-521-51940-3 .
- ^ Аллан, JD 1995. Экология потоков: структура и функции проточных вод. Чепмен и Холл, Лондон. Стр. 388.
- ^ Jump up to: а б Кедди, Пенсильвания (2010). Экология водно-болотных угодий: принципы и охрана (2-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521519403 . Архивировано из оригинала 17 марта 2023 г. Проверено 3 июня 2020 г.
- ^ Jump up to: а б «Официальная страница Рамсарской конвенции» . Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ Дэвидсон, Северная Каролина (2014). «Сколько водно-болотных угодий потерял мир? Долгосрочные и недавние тенденции в глобальной площади водно-болотных угодий». Морские и пресноводные исследования . 65 (10): 934–941. дои : 10.1071/MF14173 . S2CID 85617334 .
- ^ «Агентство по охране окружающей среды США» . 2015 . Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ Фрейзер, Л.; Кедди, Пенсильвания, ред. (2005). Крупнейшие водно-болотные угодья мира: их экология и охрана . Кембридж, Великобритания: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-0521834049 .
- ^ «Программа WWF Пантанал» . Проверено 25 сентября 2011 г.
- ^ Гири, К.; Пенгра, Б.; Чжу, З.; Сингх, А.; Тисзен, LL (2007). «Мониторинг динамики мангровых лесов Сундарбана в Бангладеш и Индии с использованием многовременных спутниковых данных с 1973 по 2000 год». Устьевые, прибрежные и шельфовые науки . 73 (1–2): 91–100. Бибкод : 2007ECSS...73...91G . дои : 10.1016/j.ecss.2006.12.019 .
- ^ Jump up to: а б с д Риккарди, Энтони; Расмуссен, Джозеф Б. (23 октября 1999 г.). «Темпы вымирания пресноводной фауны Северной Америки». Биология сохранения . 13 (5): 1220–1222. Бибкод : 1999ConBi..13.1220R . дои : 10.1046/j.1523-1739.1999.98380.x . ISSN 0888-8892 . S2CID 85338348 .
- ^ Сюй, Ф (сентябрь 2001 г.). «Оценка здоровья экосистемы озера: индикаторы и методы». Исследования воды . 35 (13): 3157–3167. Бибкод : 2001WatRe..35.3157X . дои : 10.1016/s0043-1354(01)00040-9 . ISSN 0043-1354 . ПМИД 11487113 .
- ^ Jump up to: а б Рид, Эй Джей; и др. (2019). «Новые угрозы и постоянные проблемы сохранения пресноводного биоразнообразия» . Биологические обзоры . 94 (3): 849–873. дои : 10.1111/brv.12480 . ПМИД 30467930 .
- ^ «Отчет «Живая планета 2018 | WWF»» . www.panda.org . Проверено 9 апреля 2019 г.
- ^ Рид, Андреа Джейн; Кук, Стивен Дж. (22 января 2019 г.). «Пресноводной дикой природе грозит неопределенное будущее» . Разговор . Проверено 9 апреля 2019 г.
- ^ Кэппс, Криста; Флекер, Александр (22 октября 2013 г.). «Инвазивные аквариумные рыбки меняют динамику питательных веществ в экосистеме» . Труды Королевского общества B: Биологические науки . 280 (1769). дои : 10.1098/rspb.2013.1520 . ПМЦ 3768308 . ПМИД 23966642 .
- ^ Станция, Джулия Хэмптон, Грейт-Риверс-Филд. «Азиатский вид карпа» . blogs.illinois.edu . Проверено 15 апреля 2024 г.
{{cite web}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ) - ^ «Северная змееголовая рыба» . Смитсоновский национальный зоопарк и институт природоохранной биологии . Проверено 15 апреля 2024 г.
- ^ Беркхед, Ноэль М. (сентябрь 2012 г.). «Темпы вымирания пресноводных рыб Северной Америки, 1900–2010 гг.» . Бионаука . 62 (9): 798–808. дои : 10.1525/био.2012.62.9.5 . ISSN 1525-3244 .
- ^ Тикнер, Дэвид; Опперман, Джеффри Дж; Абелл, Робин; Акреман, Майк; Артингтон, Анджела Х; Банн, Стюарт Э; Кук, Стивен Дж; Далтон, Джеймс; Дарвалл, Уилл; Эдвардс, Гэвин; Харрисон, Ян (01 апреля 2020 г.). «Изгибание кривой глобальной утраты биоразнообразия пресной воды: план чрезвычайного восстановления» . Бионаука . 70 (4): 330–342. doi : 10.1093/biosci/biaa002 . ISSN 0006-3568 . ПМЦ 7138689 . ПМИД 32284631 .
- ^ Джонсон, РК; Видерхольм, Т.; Розенберг, DM (1993). Пресноводный биомониторинг и донные макробеспозвоночные, 40-158 . стр. 40–158.
- ^ Jump up to: а б Стивенсон, Р. Ян; Смол, Джон П. (2003), «Использование водорослей в экологической оценке», Пресноводные водоросли Северной Америки , Elsevier, стр. 775–804, doi : 10.1016/b978-012741550-5/50024-6 , ISBN 9780127415505
- ^ Артингтон, Анджела Х.; Далви, Николас К.; Гладстон, Уильям; Уинфилд, Ян Дж. (2016). «Сохранение рыбы в пресноводных и морских средах: состояние, угрозы и управление» . Охрана водных ресурсов: морские и пресноводные экосистемы . 26 (5): 838–857. Бибкод : 2016ACMFE..26..838A . дои : 10.1002/aqc.2712 . hdl : 10072/143075 . ISSN 1099-0755 .
- ^ Пратер, Челс М.; Пелини, Шеннон Л.; Лоус, Анджела; Ривест, Эмили; Вольц, Меган; Блох, Кристофер П.; Дель Торо, Израиль; Хо, Чуан-Кай; Коминоски, Джон; Ньюболд, Т. А. Скотт; Парсонс, Шина; Йорн, А. (2012). «Беспозвоночные, экосистемные услуги и изменение климата: Беспозвоночные, экосистемы и изменение климата» . Биологические обзоры . 88 (2): 327–348. дои : 10.1111/brv.12002 . ПМИД 23217156 . S2CID 23578609 .
- ^ Уиндер, Моника; Зоммер, Ульрих (2012). «Реакция фитопланктона на изменение климата» . Гидробиология . 698 (1): 5–16. дои : 10.1007/s10750-012-1149-2 . ISSN 0018-8158 . S2CID 16907349 .