Пресноводная биология
Пресноводная биология — это научное биологическое исследование пресноводных экосистем и раздел лимнологии . Эта область направлена на понимание взаимоотношений между живыми организмами в их физической среде. Эта физическая среда может включать реки, озера, ручьи, пруды, озера, водохранилища или водно-болотные угодья. [ 1 ] Знания из этой дисциплины также широко используются в промышленных процессах для использования биологических процессов, связанных с очисткой сточных вод. [ 2 ] и очистка воды . Наличие и поток воды являются важным аспектом распределения видов и влияют на то, когда и где виды взаимодействуют в пресноводной среде. [ 1 ]
В Великобритании Ассоциация биологов пресной воды, базирующаяся недалеко от Уиндермира в Камбрии, была одним из первых учреждений, занимавшихся исследованием биологии пресной воды и продвижением концепций трофики озер, а также продемонстрировала процесс миграции из олиготрофной воды через мезотрофную в болотную . [ 3 ]
Пресноводная биология также используется для изучения последствий изменения климата и усиления воздействия человека как на водные системы, так и на более широкие экосистемы. [ 4 ] Пресноводные организмы, особенно позвоночные, по-видимому, подвергаются более высокому риску исчезновения в результате изменения климата, чем наземные или морские организмы. [ 5 ]
Пресноводные места обитания
[ редактировать ]Пресноводные среды обитания поддерживают широкий спектр организмов, включая реки, ручьи, озера, пруды и водно-болотные угодья. [ 6 ]
Реки и ручьи
[ редактировать ]Проточная вода — это тип пресноводной среды обитания, которая в основном состоит из рек и ручьев. Бегущие, быстро движущиеся воды имеют более высокое содержание кислорода, что позволяет разным видам процветать и облегчает борьбу с загрязнением. [ 6 ] Проточная вода представляет собой открытую систему, то есть она не изолирована и обменивается веществом и энергией с другими системами. [ 6 ] Поскольку система является открытой, большое количество органических веществ, содержащихся в проточной воде, поступает из поверхностного стока или отложений вверх по течению, и это вещество является важным источником пищи для многих видов. Текущие водоемы начинаются в верховьях, включая родники, озера и тающие снега, и направляются к их устьям, обычно к другому движущемуся водному каналу или океану. [ 7 ] Характеристики ручьев и рек меняются на протяжении всего пути от истока к устью. Например, вода в источнике более чистая, имеет более высокое содержание кислорода, более низкую температуру и распространенные виды гетеротрофов. В середине ширина обычно увеличивается, а видовое разнообразие увеличивается за счет изменения температуры и содержания кислорода, в том числе водных зеленых растений и водорослей. Вода в устье имеет более низкую концентрацию кислорода и более мутную из-за осадка, который собирается и перемещается по длине реки или ручья. Из-за увеличения количества отложений уменьшается количество света, способного проникнуть в воду, и становится меньше разнообразия флоры, а снижение содержания кислорода снижает разнообразие фауны. [ 7 ]
— Прибрежная зона это территория вдоль берега реки или ручья, где произрастают жизненно важные растения с высоким содержанием влаги. Эти растения создают буфер между землей и системой проточной воды, защищая ее от загрязнения и наводнений. Кроме того, эти растения обеспечивают обширную среду обитания для многих видов водно-болотных угодий, большое количество которых находится под угрозой исчезновения. Наконец, прибрежные растения затеняют воду от солнечного света, уменьшая тепловую нагрузку на воду и водную жизнь, а также обеспечивая питательные вещества в виде органических веществ. [ 6 ]
Озера и пруды
[ редактировать ]Стоячая вода — это тип пресноводной среды обитания, которая в основном состоит из озер и прудов. Эта среда обитания имеет ограниченное видовое разнообразие, поскольку они изолированы друг от друга и других водных систем, в отличие от проточной воды. [ 7 ] Стоячая вода подвергается процессу стратификации, когда вода расслояется из-за содержания кислорода. [ 6 ] Расслоение не происходит в проточной воде из-за быстро движущейся воды, которая смешивает воду с различным содержанием кислорода. Самый верхний слой содержит больше всего кислорода, и по мере увеличения глубины количество кислорода уменьшается. [ 6 ] Расслоение можно физически ощутить по температуре воды, поскольку самый верхний слой воды теплее, чем более глубокий, потому что он нагрет солнцем.
Стоячую воду можно разделить на три зоны в зависимости от глубины и расстояния от берега. Прибрежная зона — это самый верхний слой и самая теплая вода в озерах и прудах, поскольку ее нагревает непосредственно солнце. [ 7 ] В этой зоне наблюдается наибольшее биоразнообразие стоячей воды: здесь обитает большое разнообразие организмов, жизненно важных для здоровья экосистемы и важного аспекта питания организмов в среде обитания, таких как водоросли , водные растения , моллюски , насекомые , рыбы. , ракообразные и амфибии . [ 7 ] Лимнетическая зона расположена ниже литоральной зоны. Эта зона имеет более низкие температуры, достаточно хорошо освещена и занята меньшим разнообразием организмов, включая фитопланктон , зоопланктон и рыбу . [ 7 ] Планктон, обитающий в этой зоне, играет решающую роль в пищевой сети среды обитания и поддерживает рацион многих важных организмов. Самая глубокая зона — это профундальная зона , с очень небольшим количеством света, более низкими температурами и более высокой плотностью, чем предыдущие слои. [ 7 ] Когда планктон умирает, он попадает в этот слой и обеспечивает питательными веществами фауну, обитающую в этом слое. Эти фауны называются гетеротрофами , то есть они поедают мертвые организмы и используют кислород для клеточного дыхания, что приводит к более низкому содержанию кислорода в профундальной зоне. [ 7 ]
Термоклин — это переходная зона между теплыми поверхностными водами и более глубокими водами с более прохладной температурой. [ 6 ] Ограниченное перемешивание и движение воды, происходящее в стоячей воде, происходит на термоклине. Смешение слоев воды в стоячих водах происходит в основном за счет сезонного переворота. Осенью и весной происходит перемешивание слоев, обычно за счет ветра, который разносит кислород и создает более равномерную температуру по всей водной системе. [ 7 ] Береговая зона представляет собой переходную зону между водными системами и сушей, аналогичную прибрежной зоне, наблюдаемой в системах проточной воды. [ 6 ] Эта территория функционирует во многом так же, как прибрежная зона: растения защищают воду от загрязнения, наводнений и теплового стресса, а также обеспечивают питательные вещества и среду обитания для водных и водно-болотных видов.
водно-болотные угодья
[ редактировать ]Водно-болотные угодья — это особый тип среды обитания со стоячей водой, включающий болота, болота и трясины. Из-за заболоченной и затопленной природы суши анаэробные условия водно-болотных угодий уникальны и поддерживают самое высокое видовое разнообразие среди всех экосистем. [ 7 ] Водно-болотные угодья замедляют разложение органического вещества, создавая слои богатого органического материала, который обеспечивает важные питательные вещества для видов в системе. Фауну, обитающую на водно-болотных угодьях, называют гидрофитами, что означает, что они приспособлены к очень влажным и влажным условиям. [ 7 ] Водно-болотные угодья являются домом для большого количества видов птиц, амфибий, насекомых, рептилий, трав и деревьев, которые не могут обитать ни в одной другой системе, что подвергает их риску исчезновения, поскольку водно-болотные угодья разрушаются для городского развития и сельского хозяйства. [ 6 ] Водно-болотные угодья помогают бороться с загрязнением и изменением климата, поскольку они фильтруют загрязняющие вещества и сохраняют большое количество углерода из биосферы во влажной почве и стоячей воде, несмотря на небольшую площадь земли, которую они занимают. Кроме того, водно-болотные угодья обеспечивают защиту от наводнений и ураганов, поскольку система может поглощать большое количество избыточной воды. [ 6 ] Способность водно-болотных угодий поглощать воду также способствует пополнению подземных вод , что очень важно для использования воды человеком, поскольку пригодные для использования источники пресной воды истощаются. Водно-болотные угодья — это не только пресноводные места обитания и системы: здесь есть солончаки и болота, на которых обитают различные виды. [ 7 ]
Заливы Каролины (также известные как покосины, что означает «болото на холме») — это уникальная форма водно-болотных угодий, преимущественно встречающаяся в Каролинах, а некоторые из них встречаются за пределами Каролин, вдоль восточного побережья Соединенных Штатов. [ 8 ] Заливы Каролина представляют собой впадины эллиптической формы, окруженные песчаной каймой и имеющие песчаное дно. [ 8 ] Эта депрессия проходит через влажные и засушливые периоды, заполняясь дождевой водой в зимние и весенние месяцы и высыхая летом. [ 8 ] В заливах Каролина часто обитают редкие виды, некоторые из которых являются эндемичными для заливов. [ 8 ]
Пресноводные организмы
[ редактировать ]Пресноводные организмы обычно делятся на категории донных и пелагических организмов, поскольку это две зоны жизни, встречающиеся в пресноводном биоме. Пресноводные организмы могут включать беспозвоночных , насекомых , рыб , земноводных , млекопитающих , птиц , водные растения и планктон . [ 7 ]
К пресноводным беспозвоночным относятся пресноводные моллюски , насекомые , ракообразные и черви . [ 9 ] Пресноводные беспозвоночные являются важным звеном в пресноводных пищевых цепях, транспортируя питательные вещества и энергию от производителей, таких как водоросли и водные растения, к более высоким потребителям, таким как рыбы и земноводные. [ 9 ] Кроме того, беспозвоночные могут выступать в качестве важных биоиндикаторов здоровья экосистемы. [ 9 ]
Рыба
[ редактировать ]Пресноводные рыбы очень разнообразны, насчитывают более 18 000 видов и составляют 1/4 видов позвоночных в мире. [ 10 ] Около половины видов рыб обитают в пресной воде, другая половина — в соленой . [ 11 ] Некоторые рыбы, такие как лосось и некоторые виды акул, способны перемещаться между пресноводной и морской средой, связывая их. [ 11 ] Этих рыб называют проходными рыбами, что происходит от греческого языка и означает «бегать между», имея в виду рыбу, бегущую между пресной и соленой водой. [ 12 ]
Земноводные, к которым относятся лягушки , жабы , саламандры и червячие , представляют собой группу, которая преимущественно обитает в пресноводных средах обитания. Земноводные — это экзотермические существа, у которых есть вещная кожа, а это означает, что для поддержания гидратации они полагаются на воду. [ 13 ] Земноводные могут выступать в качестве индикатора состояния окружающей среды, поскольку на них легко влияют изменения в окружающей среде, такие как загрязнение или изменение климата. [ 13 ]
Птицы
[ редактировать ]Водоплавающие птицы — это группа птиц, которые используют водную среду обитания для охоты, отдыха, а иногда и гнездования. [ 14 ] К птицам, обитающим в пресноводной среде обитания, относятся такие птицы, как зимородки , фламинго и различные виды водоплавающих птиц . Многие виды полагаются на растения в этих пресноводных средах в качестве материала для гнезд, среды обитания и пищи. Кроме того, пресноводные птицы контролируют рыбу и насекомых в пресноводной среде. [ 14 ]
Водные растения действуют так же, как наземные растения, обеспечивая основу пищевой цепи, удаляя углекислый газ и производя кислород. Водные растения можно разделить на 3 категории: надводные, подводные и плавающие. [ 15 ] Новые растения , такие как хвощ и рогоз , укореняются на краю пресноводных экосистем и обычно торчат из воды. [ 15 ] Погружные растения , такие как элодея и рдес , — это растения, которые полностью находятся под водой и могут быть как укорененными, так и неукорененными. [ 15 ] Плавающие растения, такие как кувшинки или ряска , — это растения, которые могут иметь корни или не иметь корней, но листья которых плавают на поверхности воды. [ 15 ]
Угрозы
[ редактировать ]Наиболее распространенной причиной загрязнения воды являются ливневые стоки с застроенных территорий, таких как тротуары и крыши. [ 16 ] Ливневые стоки – это движущиеся дождевые и талые снеговые воды, которые не впитались. [ 16 ] Непроницаемые поверхности, используемые в жилом и городском строительстве, заменяют почву, которая раньше поглощала ливневые воды, увеличивая количество стоков, перемещающихся на большие расстояния. Этот избыточный сток может собирать загрязняющие вещества, поскольку он в конечном итоге попадает в ручьи, реки, озера, водно-болотные угодья и даже водоносные горизонты, загрязняя важные пресноводные экосистемы и полезную воду. [ 16 ] может привести к усилению наводнений и эрозии Кроме того, увеличение стока ливневых вод .
Загрязнение проточной воды
[ редактировать ]Реки и ручьи отводят воду, которая падает на возвышенности, и эта движущаяся вода растворяет загрязняющие вещества быстрее, чем стоячая вода. [ 16 ] Однако из-за высокого производства и попадания загрязняющих веществ в эти движущиеся воды воды загрязняются быстрее, чем скорость разбавления загрязняющих веществ, что приводит к чрезмерному загрязнению рек и ручьев. Все три основных источника загрязнения – промышленность, сельское хозяйство и города – обычно встречаются вдоль движущихся вод, что приводит к чрезмерному загрязнению рек и ручьев. [ 16 ] Знание того, что быстро движущиеся воды могут разбавлять загрязняющие вещества, способствовало еще большему загрязнению, что еще больше усугубляет проблему загрязнения. Еще одной проблемой, способствующей разрушению рек и ручьев, является физическое изменение этих движущихся вод, главным образом в виде плотин, отвода воды, изменения каналов и освоения земель. [ 16 ] Эти изменения влияют на температуру воды, характер течения воды и увеличивают количество отложений, разрушая важные условия среды обитания для многих водных организмов и снижая качество воды. [ 16 ]
Областью разногласий относительно загрязнения ручьев и рек является концепция, согласно которой загрязнение вверх по течению влияет на людей, живущих ниже по течению. [ 16 ] Отходы завода вверх по течению могут загрязнить питьевую воду ниже по течению. Это особенно становится проблемой для водоемов с движущейся водой, которые граничат с несколькими странами или штатами, поскольку то, что делает одна страна или штат вверх по течению, может радикально повлиять на то, что способна сделать страна или штат, расположенный ниже по течению. [ 16 ]
Загрязнение стоячей воды
[ редактировать ]Озера и пруды подвергаются почти такому же загрязнению, как реки и ручьи, но загрязняются быстрее из-за более медленного течения воды, отсутствия выходов для стока воды и количества воды. [ 16 ] Стоячая вода циркулирует гораздо меньше, чем движущаяся, при этом более глубокие слои воды перемещаются только во время сезонных изменений два раза в год. [ 16 ] Озера и пруды представляют собой бассейны, в которые обычно стекает и скапливается проточная вода, а это означает, что загрязняющие вещества также накапливаются, не имея выхода. Озера и пруды содержат меньше воды, чем большинство рек и ручьев, а это означает, что меньшие озера и пруды загрязняются быстрее.
Эвтрофикация – это процесс обильного роста растений, представляющий основную угрозу для стоячих вод. [ 16 ] Если химические питательные вещества для роста водных растений, которые ранее были ограничены, станут доступными, популяция растений будет быстро увеличиваться. Из-за чрезмерного роста популяции растений снижается содержание кислорода в воде, и другие водные обитатели задыхаются. Человеческие отходы часто содержат эти химические питательные вещества, такие как фосфор в удобрениях, и в сочетании с плохой циркуляцией воды в стоячих водах вызывают загрязнение и истощение организма. [ 16 ] Большая часть проблем загрязнения, затрагивающих пруды и озера, также затрагивает водно-болотные угодья, поскольку циркуляция воды в водно-болотных угодьях также медленная.
Загрязнение и истощение подземных вод
[ редактировать ]Поверхностные воды – это место, где выражаются грунтовые воды, причем водно-болотные угодья являются крупнейшими примерами уровня грунтовых вод, находящегося вблизи или на поверхности. Вода, обнаруженная в пресноводных средах обитания, представляет собой сочетание поверхностного стока, осадков и выдавливания грунтовых вод. [ 16 ] Эта связь между подземными и поверхностными водами означает, что загрязнение подземных вод также влияет на загрязнение поверхностных пресных вод.
По данным исследования Агентства по охране окружающей среды, около четверти пригодных для использования подземных вод США загрязнены. Подземные воды являются единственным источником питьевой воды примерно для половины территории США. [ 17 ] По мере роста численности населения и индустриализации спрос на подземные воды растет, но загрязнение подземных вод также увеличивается. Загрязнения подземных вод легко добиться за счет медленной циркуляции воды, даже более медленной, чем в озерах и прудах. Вода должна проходить через небольшие отверстия в водоносной породе, перемещаясь в среднем всего на пару дюймов в день. [ 16 ] Скорость пополнения подземных вод — это время, необходимое для пополнения грунтовых вод, и оно чрезвычайно медленное, что приводит к нехватке воды, поскольку люди удаляют воду из водоносных горизонтов быстрее, чем скорость пополнения. [ 16 ] Из-за такой медленной циркуляции воды грунтовые воды могут оставаться загрязненными десятилетиями, поскольку естественные процессы очистки протекают очень медленно.
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Кастильо-Эскрива, Эндрю; Агилар-Альберола, Джозеф А.; Мескита-Джоанес, Франческ (01.06.2017). «Пространственное и экологическое воздействие на метасообщество каменных заводей зависит от ландшафта и режима расселения». Пресноводная биология . 62 (6): 1004–1011. дои : 10.1111/fwb.12920 . ISSN 1365-2427 .
- ^ «Открытый университет – Процессы очистки сточных вод» . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ «История ФБА» . Пресноводная биологическая ассоциация .
- ^ Рокстрем, Йохан; Штеффен, Уилл; Никто, Кевин; Перссон, Оса; Чапин, Ф. Стюарт; Ламбин, Эрик Ф.; Лентон, Тимоти М.; Шеффер, Мартен; Фольке, Карл (2009). «Безопасное рабочее пространство для человечества» (PDF) . Природа . 461 (7263): 472–475. Бибкод : 2009Natur.461..472R . дои : 10.1038/461472a . ПМИД 19779433 .
- ^ Рид, Андреа; Карлсон, Эндрю; Крид, Ирена Ф .; Элиасон, Эрика Дж.; Гелл, Питер А.; Джонсон, Питер; Кидд, Карен; МакКормак, Тайсон; Олден, Джулиан; Омерод, Стив Дж.; Смол, Джон П.; Тейлор, Уильям; Токнер, Клемент; Вермэр, Джесси; Даджен, Дэвид; Кук, Стивен Дж. (22 ноября 2018 г.). «Новые угрозы и постоянные проблемы сохранения пресноводного биоразнообразия» . Биологические обзоры . 94 (3): 849–873. дои : 10.1111/brv.12480 . ПМИД 30467930 . S2CID 53717906 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж МакКинни, Майкл Л. (2019). Наука об окружающей среде: системы и решения (6-е изд.). Берлингтон, Массачусетс. ISBN 978-1-284-09170-0 . OCLC 991585134 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м «Пресноводный биом» . ucmp.berkeley.edu . Проверено 27 апреля 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д «СКДНР – Водно-болотные угодья» . www.dnr.sc.gov . Проверено 10 марта 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с «Факты о водных беспозвоночных | Департамент охраны природы штата Миссури» . mdc.mo.gov . Проверено 26 марта 2024 г.
- ^ «Одна треть пресноводных рыб находится на грани исчезновения и другие факты о пресноводных рыбах» . Всемирный фонд дикой природы . 23 февраля 2021 г. . Проверено 23 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б «Рыбы: среда обитания и адаптация: рыба в окружающей среде» . Earthguide.ucsd.edu . Проверено 22 апреля 2024 г.
- ^ «Рыбы, обитающие в соленой и пресной воде» . Охрана океана . 15 марта 2023 г. Проверено 23 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б Вашингтон, почтовый адрес: 1900 Anacostia Ave SE; США, округ Колумбия, 20020 г. Телефон: 202 692-6080 Контакт. «Земноводные — Кенилвортский парк и водные сады (Служба национальных парков США)» . www.nps.gov . Проверено 22 апреля 2024 г.
{{cite web}}: CS1 maint: числовые имена: список авторов ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б «Птицы – пресноводные поиски Миннесоты» . www.herofortheplanet.org . Проверено 22 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д «Водные растения: подводные, надводные, плавающие листья и свободно плавающие | Экосистемы озер и водно-болотных угодий» . Lakeandwetlandecosystems.com . Проверено 22 апреля 2024 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п МакКинни, Майкл Л. (2019). Наука об окружающей среде: системы и решения (6-е изд.). Берлингтон, Массачусетс. ISBN 978-1-284-09170-0 . OCLC 991585134 .
{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ) - ^ Агентство по охране окружающей среды США, ORD (02 ноября 2017 г.). «Грунтовые воды» . www.epa.gov . Проверено 28 апреля 2022 г.
| Базы данных органов управления : Национальные |
|---|
