 rybpro.ru
услуги объекты выращивания
о нас УЗВ
Водоемы
обучение
контакты
|
|
Гидролого-гидрохимический режим озерГидролого-гидрохимическнй режим озера определяет качественный состав и количество гидробионтов в нем. От гидролого-гидро- химического режима зависит видовой состав альгофлоры, микроорганизмов и макрофитов, а также количество и видовой состав беспозвоночных животных и рыб.Развитие альгофлоры и макрофитов определяет наряду с бактериями количество беспозвоночных животных (планктонных и дойных), а от количества беспозвоночных животных в свою очередь зависит численность рыб и их ихтиомасса. Из показателей гидролого-гидрохимического режима наиболее важными в рыбохозяйственном отношении являются температурный режим, прозрачность и цвет воды, показатель pH, содержание органических веществ и окисляемость, минеральный режим. Температурный режим озер. Температура является одним из главнейших регуляторов развития как фауны беспозвоночных, так и ихтиофауны озер. На температурный режим озера в основном влияют два фактора—климатические условия и изменения удельного веса отдельных слоев воды при нагревании и охлаждении. При этом возможны три основных случая — гомотермия, прямая и обратная стратификация. В первом случае вся толща воды в вертикальном направлении имеет одинаковую температуру в результате перемешивания. Это обычно характерно для неглубоких озер, глубина которых не превышает 3—4 м. Во втором случае поверхностные слои имеют более высокую температуру, чем глубинные, что характерно для глубоких озер, когда из-за большой теплоемкости воды тепловому воздействию подвергаются лишь поверхностные слои воды, в то время как придонные слои сохраняют более низкую температуру. В третьем случае, наоборот, глубинные слои имеют более высокую температуру. Такое положение наблюдается с наступлением осени, когда верхние слои воды охлаждаются, удельный вес их уменьшается и они начинают опускаться вниз, вытесняя на поверхность более Теплые нижележащие слои. Возникает осенняя вертикальная циркуляция воды. Охлаждение поверхностных слоев ниже 4°С приводит к ее расширению и уменьшению удельного веса. Поэтому перед ледоставом более охлажденные верхние слои остаются па поверхности. Такое же распределение температуры в озере наблюдается и зимой подо льдом — у поверхности более холодные слои, чем у дна (обратная стратификация). Весной снова возникает вертикальная циркуляция после прогрева поверхностных слоев, которые, опускаясь вниз, вытесняют на поверхность более холодные нижние слои. После прогрева верхних слоев выше 4°С снова наступает прямая стратификация. Таким образом, в годовом температурном режиме озер различается 4 периода: летняя и зимняя стагнация, осенняя и весенняя циркуляция. Отклонение от представленной картины распределения температур вызывается ветровым воздействием. Ветровая циркуляция вначале захватывает лишь верхние слои воды и выравнивает их температуру (в сравнительно глубоких озерах). Нижние слои остаются неподвижными и сохраняют более низкую температуру. Отсюда резкий переход от сравнительно высокой температуры верхних слоев к низким температурам нижележащих слоев—это так называемая зона температурного скачка. В зоне температурного скачка падение температуры в пределах одного метpa может быть 5°C и даже больше. Зона скачка, появившаяся весной, сохраняется и летом, опускаясь постепенно от поверхности ко дну. В глубоких озерах может быть несколько зон температурного скачка. Интенсивность развития фитопланктона и кормовых беспозвоночных зависит в основном от двух факторов: от температуры воды и наличия биогенов. В зависимости от температуры меняется и продолжительность вегетационного периода. От температуры в основном зависят сроки созревания и нерест рыб. Прозрачность и цвет воды. Два эти фактора имеют большое значение в жизнедеятельности животных и особенно растительных организмов. Чем выше прозрачность воды, тем на большую глубину проникает свет, необходимый для жизнедеятельности фитопланктона и макрофитов. Степень прозрачности зависит от количества твердых частиц, примешанных к воде, от цвета воды и ее температуры. Большее количество взвешенных частиц в воде (в том числе мелких водорослей и животных) снижает ее прозрачность. Взвешенные частицы поглощают и отражают свет, задерживают его, поэтому в глубокие слои его проникает мало. Чем ближе цвет воды к голубому, тем она более прозрачна, чем ближе к желтому, тем прозрачность меньше. Прозрачность воды падает с повышением температуры се верхних слоев, т. е. температурная стратификация меняет плотность лежащих друг над другом слоев воды. В зимние месяцы прозрачность выше, чем в летние. Цвет озерной воды зависит от окраски растворенных в ней веществ. Чистая, без всяких примесей вода в тонком слое прозрачна и бесцветна. В толстом слое она принимает голубую окраску, при этом чем толще слой, тем интенсивность окраски сильнее. Это объясняется избирательным характером поглощения световых лучей водой. Все отклонения от этой окраски объясняются растворенными веществами. Из них первое место по значению занимают органические вещества — гуминовые и ульминовые и другие кислоты, дающие окраску от желтой до коричневой. Из других веществ на окраску воды сильно влияет углекислая известь. Если она присутствует в воде в значительных количествах, то цвет воды изменяется на зеленый. Так же меняют окраску воды соли железа. Цвет воды зависит и от планктонных организмов в период их интенсивного развития. Так, диатомовые водоросли во время цветения придают воде желтоватый оттенок, сине-зеленые—зеленый. В зависимости от окраски меняется не только прозрачность воды, но и мощность трофогенного(продуцирующего) слоя воды. Сама по себе окраска, видимо, не играет существенной роли в жизни обитателей озера, а ее изменения служат показателем тех или иных сопутствующих условий. Газовый режим озер играет огромную роль в жизни всех обитателей водоема, влияя на состав флоры и фауны. Из газов, растворенных в воде, на первом месте по значению и количеству идут атмосферные газы: кислород, азот и углекислый газ, которые всегда находятся в воде в тех или иных количествах. Количество азота благодаря его химической индифферентности остается почти без изменений во всех слоях воды. Количество кислорода и углекислоты, участвующих в целом ряде биохимических процессов, все время идущих в водоеме, колеблется в широких проделах. Источниками этих газов являются атмосфера и биохимические процессы. В водной среде газы диффундируют очень медленно. Поэтому при спокойном состоянии водной массы обычно возникает газовая стратификация, чаще всего сопровождающая температурную. Одним из наиболее важных показателей рыбохозяйственной ценности водоема является кислородный режим, определяющий качественный состав беспозвоночных и рыб. Кислород попадает в воду из атмосферы, а также приносится речками и ключами. Большую роль в насыщении воды кислородом играют высшие подводные зеленые растения и фитопланктон, ассимилирующие под действием солнечного света углекислоту и выделяющие кислород. Растворимость кислорода зависит от температуры воды: чем выше температура, тем меньше его растворяется в воде. Весенняя и осенняя циркуляция обогащают воду кислородом, так как насыщенные газом верхние слои воды опускаются вниз. В период летней стагнации верхние слои обогащены кислородом за счет поступления его из атмосферы и в результате жизнедеятельности фитопланктона (днем). В придонных слоях при разложении органических соединений поглощается большое количество кислорода, и чем выше содержание легкоразлагающихся веществ в донных отложениях, тем ниже содержание кислорода в воде придонных горизонтов. Параллельно с уменьшением содержания кислорода идет накопление углекислоты. В равнинных озерах с мощным слоем донных отложений органического происхождения содержание кислорода летом в зоне температурного скачка может резко снижаться. Ниже температурного скачка содержание кислорода уменьшается постепенно и часто достигает всего 10 —20% нормального насыщения, а может падать и до нуля. В озерах с твердыми стерильными грунтами с небольшим содержанием органических веществ в придонных слоях содержание кислорода летом составляет 60—70% нормального насыщения. В верхних слоях, как правило, летом наблюдается (в олиготрофных озерах) перенасыщение воды кислородом. В мелководных сильно зарастаемых озерах в период вегетации подводной растительности концентрация кислорода в придонном слое воды может быть выше, чем на поверхности, т. е. наблюдается обратная стратификация в распределении кислорода по вертикали. Деятельность ветра и проточность приводят к таким же отклонениям от представленной картины, как и в отношении температуры. В зимний период, когда озеро изолировано от атмосферного воздуха ледяным покровом, запас растворенного в воде кислорода постепенно уменьшается. Неодинаково в разных слоях воды и содержание углекислоты. В летний период в верхних слоях воды ее содержится мало, вплоть до полного исчезновения в результате ассимилирующей деятельности фитопланктона. В противоположность этому в глубинных и придонных слоях в процессе распада органического вещества количество выделяемой углекислоты постепенно увеличивается. Кривая распределения углекислоты имеет обратный характер по сравнению с кривой содержания кислорода. Значительно повышается содержание свободной углекислоты в воде озер в зимний период. Кроме перечисленных газов в воде озер в результате разложения органических веществ могут появляться сероводород и метан. Метан почти нерастворим в воде. Образовавшись в грунте, он поднимается пузырями на поверхность и из воды поступает в атмосферу. Сам по себе для водных организмов он не ядовит. Животные, помещенные в раствор с метаном, погибают от отсутствия кислорода, а не от ядовитого действия метана. Метан является показателем интенсивно идущих процессов разложения органических веществ, т. е. свидетельствует о дефиците кислорода. Сероводород, появляясь в бескислородной среде, является продуктом распада белковых веществ и одновременно сильным ядом для большинства водных организмов. Поэтому в слоях воды, содержащих растворенный сероводород, животные не встречаются. В водах болотного происхождения сероводород может появляться в результате восстановления гуминовыми веществами сернокислых солей. Таким образом, режим растворенных в воде газов зависит от ряда происходящих в этой среде физических (абсорбция, десорбция), биологических (дыхание организмов), биохимических (разложение органики) и химических (окисление) процессов, которые в различные сезоны года приводят к увеличению или уменьшению их концентрации. Активная реакция. Активная реакция воды обусловливается присутствием в ней ионов водорода (Н+) и гидроксила (ОН-). Количественное преобладание водородных ионов обусловливает кислую реакцию воды, гидроксильных — щелочную, равное количественное соотношение тех и других — нейтральную. То или иное соотношение этих ионов является результатом сложных взаимоотношений присутствующих в воде кислот и их солей. Биологические процессы разложения мертвых органических веществ идут в результате деятельности представителей бактериальной флоры водоема. Оптимальные условия жизнедеятельности бактерий связаны с определенной реакцией среды. Для В. nitrosomonas оптимальное значение pH 7,8, минимальное — 7,0; для В. nitrobacter—соответственно 7,1 и 6,6, а для Azotobacter sp. — 6,4 и 6,0. При кислой реакции среды (рН<6) ряд важных бактерий оказывается в неблагоприятных условиях и их жизнедеятельность ослабевает или прекращается совсем. Процессы минерализации органических веществ благодаря этому ослабевают, неминерализованный остаток этих веществ с каждым годом становится все больше и постепенно заполняет озерную котловину. Озеро при всем его богатстве органическими веществами становится малопродуктивным, так как эти вещества не вступают в круговорот. Активная реакция воды регулирует интенсивность обмена веществ у водных организмов. В связи с этим она оказывает влияние не только па качественный состав гидрофауны, но и на количественное ее развитие. Для зоопланктона это влияние особенно ощутимо проявляется при повышении pH более 7,9; для зообентоса—при повышении pH от 5,9—6,3 до 7,4—7,8. Так, например, ветвистоусый рачок Holopedium gibberum при повышении pH воды в удобряемом оз. Жемчужном от 6,8 до 7,5—8,2 полностью выпал из состава планктонных животных. Зато в массе развилась Daphnia longispina hyalina, для которой оптимальные значения pH превышают 7,0. Следует заметить, что продуктивность ветвистоусого рачка D. longispina почти в 200 раз выше продуктивности Н. gibberum. Это справедливо и для организмов зообентоса. Увеличение биомассы хирономид наблюдается при повышении pH воды в озерах до 7,9. Столь же большое значение имеет реакция среды для рыб. Критическим пределом для карася является pH, равный 4,5—9,6; для карпа — 4,8; для плотвы и большинства пресноводных рыб оптимум лежит в пределах 6—8. Понижение pH вызывается главным образом накоплением угольной кислоты, так как другие кислоты находятся в ничтожно малых количествах. Реакция пресных вод может колебаться в довольно широких пределах: от 3 до 10. Наиболее кислыми являются воды торфяных болот с pH, равным 3—4, к кислым водоемам относятся дистрофные озера с pH, равным 5—6. Их кислотность связана с присутствием гуминовых кислот. Активная реакция природных вод может быть и нейтральной. Щелочная реакция наблюдается в поверхностных слоях воды в период интенсивного развития фитопланктона, т.е. в период цветения. Сильное подщелачиваиие является результатом полного поглощения водорослями свободной углекислоты (значения pH могут доходить до 10,0—10,5). И в этих случаях имеет место суточный ход изменений активной реакции с наибольшим подщелачиванием воды в дневное время и сдвигом в нейтральную сторону в ночное время суток. При газовой стратификации (при накоплении углекислоты в придонных горизонтах) pH может сдвигаться здесь в кислую сторону, в то время как на поверхности — в щелочную. Органические вещества и окисляемость. В воде озер всегда присутствуют в больших или меньших количествах органические вещества, которые находятся в растворенном и нерастворенном состоянии. В последнем случае это детрит, разлагающиеся остатки отмерших планктонных организмов, взмученные частицы ила. Взвешенные органические частицы приносятся водами притоков, а также с берегов во время паводков и ливней. Растворенные органические вещества, как и взвешенные, образуются в самом озере и приносятся извне. В самом озере они образуются в результате процессов гниения и брожения взвешенного в воде детрита, коллоидных и молекулярных соединений, донного ила и остатков макрофитов, древесных остатков. Воды, поступающие из болот или лесного водосбора, содержат большое количество гуминовых кислот. Они подкисляют и окрашивают воду в желтый или коричневый цвет. Влияние органических веществ на режим водоема сказывается в основном в уменьшении растворенного в воде кислорода, идущего на их окисление. Помимо прямого метода количественной оценки органических веществ, растворимых в воде, используются два косвенных метода: бихроматной и перманганатной окисляемости. С помощью метода бихроматной окисляемости судят об общем содержании органических веществ в воде. Метод перманганатной окисляемости позволяет судить о загрязнении озера легкоразлагающимися органическими веществами. При этом количество кислорода перманганатной окисляемости (мгО/л) чаще всего соответствует величине углерода в органическом веществе. Величина окисляемости воды, равная 10 мгО/л и более, относится к высоким показателям, до 4 мгО/л—к низким, 4—6 мгО/л — к средним. Легкоразложимые органические вещества (обычно автохтонного происхождения) играют большую роль в питании водных беспозвоночных, особенно донных. Максимальные показатели биомассы зоопланктона (9,7 г/м3) отмечены при величине перманганатной окисляемости 10—14 мгО/л. Снижение и повышение концентрации органического вещества ведет к снижению биомассы зоопланктона. Зообентос достигает хорошего развития при показателях перманганатной окисляемости более 18 мгО/л. При снижении значений перманганатной окисляемости наблюдается постепенное уменьшение биомассы зообентоса. Таким образом, окисляемость указывает на богатство водоема питательными веществами. Окисляемость воды колеблется в течение года; выше всего она весной и осенью, когда с паводковыми водами вносятся в водоем органические вещества. Не следует, однако, только по окисляемости делать выводы о трофии (продуктивности) водоема, так как разложение органических веществ протекает в определенных условиях среды, при неблагоприятных условиях оно идет очень медленно. Вследствие этого оценка данных по окисляемости должна производиться с учетом других главнейших показателей среды (кислородного режима, pH, температуры, ВПК — биохимического потребления кислорода и др.). Минеральный режим. В процессе минерализации органических веществ водоем обогащается минеральными (питательными) солями, необходимыми для развития фитопланктона. Из солей, растворенных в пресноводных озерах, наибольший интерес в рыбохозяйственном отношении представляют соли кальция, фосфора, калия, азота, железа и кремния. Из металлов, образующих соли, в больших количествах встречаются кальций (Са) и магний (Mg), в меньших — натрий (Na) и калий (К), из тяжелых металлов — железо (Fe). Из кислот, образующих соли с перечисленными металлами, на первом месте стоит угольная кислота (бикарбонаты и карбонаты), затем соляная кислота — НС1 (хлориды, преобладающие в высокоминерализованмых соленых озерах над всеми другими солями), фосфорная кислота(фосфаты), серная(сульфаты), азотистая(нитриты), азотная(нитраты), сероводородная(сульфиды). Кальций влияет на флору и фауну и определяет рыбохозяйственную ценность водоема. Кальций играет большую роль в регулировании обмена веществ в организме и необходим для построения скелета. Кроме того, кальций является важнейшим элементом, определяющим био-физико-химические процессы в водной среде: он регулирует содержание углекислоты в воде, а следовательно, определенным образом влияет на активную реакцию воды; образует нерастворимые соединения с гуминовыми кислотами, способствуя снижению их концентрации в воде. Роль кальция в развитии зоопланктона и отдельных групп зообентоса (моллюсков) достаточно велика. Развитие хирономид и олигохет меньше зависит от содержания в воде кальция. Биогенные элементы (фосфаты, минеральные соединения азота, кремний и железо) определяют биопродуктивность озер. Из них фосфаты и минеральные соединения азота составляют основу питания фитопланктона. Низкая концентрация этих элементов, уменьшающаяся до аналитического нуля в период развития фитопланктона, может ограничивать дальнейшее его развитие. Фосфор входит в состав органических и неорганических веществ, находящихся как в растворенном и ионно-молекулярном состоянии, так и в виде коллоидов и взвесей. Из всех соединений фосфора в практической гидрохимии обычно исследуются фосфагионы (ионы ортофосфорной кислоты) как наиболее распространенная форма неорганического фосфора. Низкое содержание минерального фосфора наблюдается, как правило, летом (сотые и тысячные доли мг Р2О5/л), высокое содержание может наблюдаться в высококормных удобряемых озерах (несколько мг Р2О5/л). Азот в озерах так же, как и фосфор, входит в состав органических и неорганических веществ. Неорганические соединения азота чаще всего представлены ионами аммония NH4, являющимися первой стадией минерализации азотсодержащих органических веществ, нитратными N03, и нитритными N02 ионами, являющимися промежуточными формами соединений азота, и весьма неустойчивыми. Кремний является необходимым элементом для построения скелета планктонных организмов, в частности диатомовых водорослей. В естественных водоемах концентрация силикатов обычно бывает значительной (10—20 мг/л). Поэтому они, как правило, не лимитируют развитие фитопланктона. Сезонные колебания в содержании силикатов невелики, что связано с незначительным их использованием гидробиоитами. Железо наряду с фосфором, азотом и другими биогенными элементами входит в состав живых организмов. Оно всегда имеется в природных водах, а его формы разнообразны и во многих случаях малоустойчивы. В озерной воде наиболее часто встречаются концентрации железа от 0,01 до 1 мг/л. При питании озер болотными водами содержание железа может возрастать до десятков мг Fe/л. Для питания водной фауны и флоры оно требуется в незначительных количествах. Чаще приходится сталкиваться с повышенным содержанием железа, что вредно отражается на режиме озер, так как на его окисление идет значительное количество кислорода, и разлагающиеся в анаэробных условиях сернистые соединения железа вредны для фауны и флоры. Таким образом, ионы железа в низких концентрациях (0,2-1,0 мг/л) необходимы для жизнедеятельности организмов, а при повышенных, как и ионы других тяжелых металлов, угнетают ее. Угольная кислота находится как в связанном, так и свободном состоянии: в свободном состоянии в виде газа (СО2), который, отчасти соединяясь с водой, дает угольную кислоту; в связанном — в виде солей бикарбонатов и карбонатов. Из бикарбонатов наибольшее значение имеют бикарбонаты кальция, магния и железа. Бикарбонаты хорошо растворимы в воде и всегда присутствуют в растворе. Карбонаты (CaC03, MgCO3) растворимы значительно хуже. Они появляются в воде, когда свободная углекислота полностью поглощается фитопланктоном (во время цветения). В целом озера по солевому составу подразделяются на ряд классов (гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридно-натриевые, сульфатно-натриевые, хлоридные и пр.), а по величине суммы солей на низко- (до 50 мг/л), средне- (до 300 мг/л) и высокоминерализованные (с суммой растворенных солей, выражающейся в г/л.). |
||
|
|
|