Основные структуры и особенности функционирования морских экосистем с высоким антропогенным воздействием

Введение

Бухтой называют небольшой залив, значительно отделенный мысами или островами от основной акватории и обладающий, в отличие от мыса, специфическими чертами внутреннего режима. Бухта отделена от открытой акватории выступами берегов, островами либо скалами и именно таким образом защищена от воздействия ветра. В разрезе вопроса водных экосистем бухта является морской прибрежной экосистемой (мезоуровень).
Морские природные комплексы испытывают очень сильное антропогенное воздействие, которое вызывает негативные экологические и социально-экономические последствия. Самому сильному воздействию подвержена прибрежно-шельфовая зона (ПШЗ) морей, являющаяся своеобразной акватерриториальной контактной геоструктурой, концентрирующей в себе значительную часть (более 60 %) населения Земли, а значит, и его хозяйственной деятельности [8].
Согласно определению группы экспертов ООН [GESAMP, 2001], антропогенное (техногенное) воздействие на морскую среду представляет собой «совокупное проявление любых форм человеческой деятельности, приводящие к нарушению состояния экосистемы (явные либо скрытые), особенностей гидрологии и геоморфологии водных объектов, снижению рекреационной, рыбо-хозяйственной ценности и другие последствия экономического, экологического и социального направления» [9].
Что касается морской экосистемы бухты, то для бухт характерно отсутствие стационарных течений и существенно более высокий уровень загрязнения, определяемый антропогенным влиянием крупных городов и ограниченностью водной акватории [6].
Актуальность работы. Анализ ретроспективных данных показал, что возраставший на протяжении второй половины ХХ века антропогенный прессинг привел к ухудшению состояния прибрежной экосистемы многих морей и океанов. Физическое уничтожение биотопов, бытовое и техногенное загрязнение, нерациональный промысел, недостаток внимания к охране редких и исчезающих видов животных и растений, интродукция и инвазия новых видов – далеко не полный список факторов, приводящих к деградации сообществ растений и животных прибрежной зоны [1].
Оценка усиливающегося антропогенного воздействия на морские прибрежные экосистемы в настоящее время весьма актуальна. Повышение антропогенной нагрузки и связанное с ним увеличение загрязнения морской среды нарушают специфику биологических процессов, изменяют характер взаимодействия гидробионтов с биотопами. Прибрежные морские экосистемы испытывают значительную техногенную нагрузку, все возрастающий объем которой ведет к постепенной их деградации, выражающейся, в первую очередь, в устойчивом изменении структуры и функционировании морских биоценозов.
Цель работы – всесторонне охарактеризовать структуру и особенности функционирования морских экосистем с высоким антропогенным воздействием.
Цель работы достигается благодаря выполнению следующих задач:
- дать общую характеристику структуры и особенностей морской экосистемы бухт;
- провести обзор антропогенных факторов, влияющих на морскую прибрежную экосистему;
- оценить функционирование морской экосистемы бухт под влиянием высокого антропогенного воздействия в разрезе особенностей самоочищающейся способности акватории бухи и влияние загрязняющих веществ на гидробионтов.


1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СТУКТУРЫ МОРСКОЙ ЭКОСИСТЕМЫ БУХТ

Жизнь в водных экосистемах поддерживается благодаря внешним и внутренним источникам энергии, которые определяют их общую структуру и продуктивность. Гидробионтами наиболее легко используется энергия света и пищи, образующейся в экосистеме и поступающей извне. В водных экосистемах на протяжении всей их эволюции морфологическому многообразию биоты противостоит единство основных функций живых организмов: продукция ОВ, утилизация и трансформация ОВ, редукция ОВ, воспроизводство наследственной информации, поддержание общего круговорота биогенных веществ. Эти функции способны осуществлять как примитивные микроорганизмы, так и сложные, многоклеточные.
В целом отличительные особенности морских, прибрежных и назменых экосистем приведено на рис.1 (Приложение1). Морские экосистемы отличаются от внутренних водоемов своей глобальностью, поэтому учесть все связи входящих в их состав компонентов довольно сложно. Отношения между видами, между климатом и океанографическими флуктуациями, изменениями качества воды тесно взаимосвязаны между собой и образуют сложную соподчиненную структуру [10].
Любая природная относительно изолированная или огражденная, как акватория бухты, водная экосистема развивается в сторону приобретения устойчивого состояния. Организмы производят положительную энергию и чтобы оставаться живыми, должны постоянно извлекать из среды отрицательную энтропию. Ее они получают, используя кванты световой энергии при фотосинтезе и химические соединения в энергоносителях для хемосинтеза, т. е. биохимических превращений, а также с ОВ. В общем, при разрушении веществ энтропия увеличивается, а при их создании снижается. По определению А. Ф. Алимова, экосистемы представляют собой локализованные в пространстве и динамичные во времени совокупности совместно обитающих организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи между собой и окружающей средой и образующих систему взаимообусловленных биотических и абиотических процессов.
В результате взаимодействия организмов между собой и окружающей средой в экосистеме образуются потоки вещества, энергии и информации. В экосистемах процессы биологического круговорота веществ и трансформации энергии осуществляются путем различных взаимодействий организмов между собой, в том числе через пищевые цепи, которые могут быть сложными и разветвленными, образуя трофические сети. Функционирование целостной экосистемы - динамическое взаимодействие потоков энергии, вещества, информации, обеспечивающее ее стабильность в конкретных условиях. Экосистема поддерживает целостность благодаря многообразным связям между ее компонентами, реализуемым через потоки энергии, вещества, информации. В процессе поддержания биотического баланса в экосистемах продуцируется, отмирает и утилизируется ОВ.
Экосистемы акваторий бухт соответствуют указанным выше свойствам целостных полноструктурных экосистем. В них на разных уровнях происходит продуцирование, трансформация и редукция первичного и вторичного автохтонного ОВ и частичная утилизация ОВ аллохтонного происхождения. Выше было показано, что экосистемы акваторий МП обладают рядом специфических особенностей и имеют по периметру более или менее четко выраженные естественные и искусственные границы, сохраняя в то же время через подходные каналы некоторую связь с прилегающими экосистемами. По многим своим характеристикам они приближаются к экосистемам эстуариев, лиманов, лагун, озер и водохранилищ.
Эвтрофные экосистемы акваторий МП обладают высокой продуктивностью, т. е. могут создавать большее, по сравнению с соседними экосистемами, количество ОВ. Под продукцией экосистем в целом принято подразумевать разность между первичной продукцией и суммарными тратами на обменные процессы у гидробионтов всех сообществ, их населяющих. О продукции экосистемы говорят тогда, когда лишь часть энергии, заключенной в первичной продукции, утилизируется различными биотическими компонентами и идет процесс накопления мертвого ОВ на дне. Именно это часто наблюдается в экосистемах акваторий. Положение в них усугубляется оступлением дополнительного, часто чрезмерного количества БВ и ОВ извне. Количество седиментируемых с детритом ОВ в эвтрофных экосистемах в среднем составляет около 37 % от величины продукции, но может достигать и 70 % [7].
В экологически благополучных сбалансированных экосистемах циклического типа годовая продукция всей экосистемы приближается к нулю или несколько превышает его. Продукция экосистемы в целом является интегральным показателем сбалансированности всех абиотических и биотических компонентов

. Причем каждый из них функционирует на уровне, близком к максимально возможному в данных конкретных условиях. Рост поступления одного из компонентов, т. е. ОВ, в то время как другие, прежде всего абиотические, имеют свои пределы и конечны, нарушает сбалансированность и вызывает прохождение волны откликов и перестроек в остальных компонентах. При росте продуктивности водных экосистем их биотическая структура упрощается, укорачиваются пищевые цепи, снижается видовое разнообразие, возрастает доминирование некоторых видов и в результате структура экосистем становится проще, уменьшается диссипация энергии и идет ее накопление. Структура биоты водных сообществ и экосистем сохраняется за счет постоянных затрат энергии на поддержание упорядоченности и воспроизводства элементов и структур.
Состояние экосистем зависит от воздействия конкретных факторов среды. Изменяя их, что и происходит в акватории бухт, мы разрушаем и их биотическую структуру. Вся энергия биотических компонентов экосистемы связана с их структурой или расходуется на производство работы (обмен, дыхание). Структура сообществ животных и экосистем в целом во многом определяется доступностью ресурсов, конкуренцией и хищничеством. В акваториях бухт имеются условия для увеличения первичной продукции, но из-за чрезмерно высокой продуктивности исчезают постоянные хищники (беспозвоночные, рыбы) и снижается конкуренция. Разнообразие сообществ зоопланктона и зообентоса по мере возрастания первичной продукции в экосистемах и внесении ОВ извне, закономерно снижаетсяВажнейшими абиотическими факторами, определяющими структурные и функциональные характеристики экосистем акваторий бухт, являются: освещенность, гидродинамика, количество образующегося и поступающего извне мертвого ОВ, антропогенное загрязнение временными и консервативными токсикантами.
На рис.2 (Приложение 2) показана общая схема воздействия движений воды, освещенности и аллохтонного ОВ на прибрежные экосистемы, а также общая схема важнейших абиотических компонентов экосистем акваторий бухт.
В соответствии с общей биотической структурой в акватории бухт можно выделить сообщества гипонейстона, планктона, перифитона, бентоса. В составе каждого из них в зависимости от числа биотопов формируются те или иные комплексы гидробионтов (биоценозы). Толщу воды над пикноклином (эпипелагиаль) населяет комплекс планктонтов, отличающийся от такового в батипелагиали. Эпипелагиаль и примыкающая к ней эпиперифиталь характеризуются лучшими условиями для фототрофных и оксифильных гидробионтов. В структуре каждого из крупных сообществ присутствуют продуценты, консументы, редуценты различного уровня организации. Биотическая структура и особенности распределения гидробионтов в акваториях, наряду с разнообразием биотопов, определяются качеством и количеством пищевых ресурсов и способами питания различных видов организмов.
Эпипелагиальная и прилегающая эпиперифитная зоны акваторий морских морских бухт в портовых городах представляют собой трофогенный (”питательный") слой. В эпипелагиальной и эпиперифитальной зонах продукция первичного органического вещества осуществляется микро-и макрофитами и детрит из внешних источников также поступает в эти зоны. В батипелагиальной, батиперифитальной и бенталевой зонах, образующих трофолитический слой, процессы разложения органического вещества преобладают благодаря метаболизму потребителей, принадлежащих к различным группам (бактерии, простейшие, грибы и др.).


2 ОБЗОР АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ПРИБРЕЖНЫЕ МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ

В целом, виды воздействия антропогенных факторов на прибрежные морские экосистемы представлено в табл.1.
Таблица 1.
Воздействие антропогенных факторов на морские экосистемы [3]


Группа факторов Пример

Негативное
Антропогенные помехи Химическое загрязнение Параметрическое загрязнение Биологическое загрязнение
Разрушение биотопов
Нейтральное Факторы невыраженного
воздействия Присутствие без воздействия


Позитивное Компенсирующие усилия Инженерная поддержка функционирования экосистем

Мелиоративные преобразования Случайное позитивное
воздействие
Запланированное ноосферное воздействие

Всё многообразие антропогенных помех может быть подразделено на четыре основных группы, или кластера. Содержание кластеров раскрыто ниже применительно к морским экосистемам.
Химическое (эмиссионное) загрязнение – внесение в экосистемы химических веществ в концентрациях, превышающих природные.
Токсическое химическое загрязнение – выброс остатков моющих средств, отходов химической и фармацевтической промышленности.).
Нетоксическое химическое загрязнение – внесение в природную среду неядовитых веществ в избыточных количествах.
Смешанное загрязнение – одновременное поступление как токсичных, так и нетоксичных веществ, например – при аварийных разливах нефти.
Возможно также классифицировать химическое загрязнение по наличию или отсутствию у него природных аналогов.
Основными компонентами химического загрязнения, вызывающего наибольшую обеспокоенность общественности, являются следующие:
а) вещества, имеющие природные аналоги:
б) вещества, не имеющие природных аналогов (ксенобиотики):
Параметрическое (физическое) загрязнение характеризуется изменением условия биотопа.
Тепловое загрязнение, или термополлюция – обусловлено выбросом в окружающую среду нагретого воздуха или теплых вод.
Шумовые помехи – превышение шумового фона выше нормы.
Световые помехи – освещение экосистем в тёмное время суток огнями городов, транспорта (в том числе – морского) и др., приводящее к сбою естественных ритмов и дезориентации животных.
Радиационное загрязнение – проявляется как следствие радиационных аварий и катастроф, неправильное складирование и захоронение отработанного ядерного топлива.
Электромагнитное воздействие – формирование в природной среде искусственных электромагнитных полей.
Распреснение морской среды.
Биологическое загрязнение – нарушения в составе биологических сообществ, формирование «сорных» биоценозов.
Исчезновение биологических видов по причине переэксплуа- тации (экстракции) – перепромысла, возрастания «фактора беспокойства», полного истребления (примеры - морская корова, бескрылая гагарка, балтийский осетр).
Случайное внедрение вида, несвойственного данному биоценозу и вызывающего в нем значительные (иногда – катастрофические) перестройки (рачок церкопагес в Балтийском море, гребневики в Чёрном и Азовском морях).
Преднамеренное расселение экономически «полезного» вида (камчатский краб на мурманском побережье Кольского полуострова, дальневосточная горбуша в Белом море).
Внедрение в экосистемы генетически модифицированных видов (например, в аквакультуре).
Загрязнение прибрежной среды патогенными микроорганизмами как следствие недостаточной очистки сточных вод.
Создание условий для формирования в водных экосистемах обрастания на подводных частях судов и гидротехнических сооружений.
Разрушение или оккупация местообитаний (биотопов) – полное или частичное разрушение экосистем, или их перестройка в результате инженерно – технической деятельности или добычи полезных ископаемых.
Как видно из изложенного, неконтролируемое развитие антропогенного давления на морские экосистемы чревао опасными последствиями. К числу таковых можно отнести деградацию экосистем, перерасход и полное исчерпание природных ресурсов, загрязнение природной среды, обострение конфликтов и противоречий между природопользователями, возрастание естественных и антропогенных рисков.
Справедливости ради необходимо кратко охарактеризовать нейтральное и положительное воздействие на морские экосистемы.
Нейтральное воздействие, или отсутствие воздействия несмотря на наличие в экосистеме антропогенного фактора, наблюдается в тех случаях, когда благодаря соблюдаемым предписанным мерам предосторожности присутствующий в экосистеме антропогенный агент не оказывает давления на природные объекты.
Положительное воздействие может быть оказано на двух уровнях