Экология и практическое значение водорослей

Водоросли как древнейшие фотоавтотрофные организмы во многом определили современный облик биосферы: первичный свободный кислород на Земле создан водорослями в процессе фотосинтеза, водоросли подготовили условия для создания почвы и заселения суши высшими растениями и животными. В настоящее время водоросли продолжают участвовать в поддержании постоянного состава атмосферы, в первичных почвообразовательных процессах. Водоросли остаются основным поставщиком органического вещества в водоемах.

Существует множество экологических групп водорослей. Исходной средой обитания для водорослей является водная. Водоросли составляют основную часть фитопланктона, фитобентоса, перифитона. Фитопланктон – растения, обитающие в толще воды; фитобентос – растения, обитающие на дне водоемов; перифитон (обрастатели) – растения, обитающие на разнообразных субстратах: на других организмах, скальных породах, гидротехнических сооружениях и т.д. Многие виды водорослей заняли переходные среды обитания, однако не утратили полностью связей с водной средой: аэрофиты (обычно населяют зону прибоя – супралитораль), почвенные водоросли, троглобионты (обитатели пещер), криофиты (населяют поверхность льда и снега), симбионты и паразиты.

В экосистемах водоросли играют роль продуцентов органического вещества. Валовая первичная продукция всего Мирового океана примерно в 2...3 раза меньше, чем валовая продукция суши. Чистая первичная продукция гидросферы составляет примерно 50% от валовой (в разных экосистемах колеблется от 0 до 90%).

Для того, чтобы валовая первичная продуктивность водорослей превышала их затраты на дыхание, необходимо наличие целого ряда факторов: достаточная освещенность, достаточно высокая температура, достаточно высокое содержание неорганических веществ: кислорода, углекислого газа, элементов минерального питания. Однако некоторые факторы являются наиболее главными – ограничивающими, или лимитирующими. Лимитирующими факторами для развития водорослей являются свет и вещества– биогены (фосфаты и нитраты).

Лимитирующее действие света в Мировом океане. В вертикальном разрезе по отношению к количеству света водоемы делятся на 3 зоны: эуфотическую, дисфотическую и афотическую. Только в эуфотической зоне (до 40...180 метров) валовая первичная продукция водорослей превышает их затраты на дыхание. В более глубоких слоях воды водоросли могут существовать за счет миксотрофного питания.

Лимитирующее действие света в континентальных водоемах. В реках и озерах доступность света определяется прозрачностью воды. Прозрачность воды падает при наличии взвешенных неживых частиц, а также при массовом размножении самих водорослей.

Лимитирующее действие биогенов в Мировом океане. Чистая первичная продуктивность водорослей в низких широтах достигает максимума в экосистемах шельфов, эстуариев, коралловых рифов. Эти воды насыщены биогенами: фосфатами и нитратами. Освещенность высокая в течение всего года. В открытом океане в низких широтах валовая первичная продукция водорослей, несмотря на высокую освещенность, очень низкая из-за недостатка биогенов – примерно в 20 раз ниже, чем в районах рифов. В высоких широтах, то есть в холодных субполярных водах обычно биогены имеются в достаточном количестве. Это связано с перемешиванием придонных и поверхностных вод из-за отсутствия температурного градиента, а также с выносом придонных вод на поверхность путем апвеллинга. В условиях полярного лета валовая первичная продукция водорослей очень высокая, а в период полярной зимы водоросли или отмирают, или переходят на гетеротрофное питание.

Лимитирующее действие биогенов в континентальных водоемах. В реках и озерах содержание в воде биогенов зависит от минерального состава пород в бассейне и от активности редуцентов. Освещенность зависит от географической широты и от прозрачности воды (в реках и водохранилищах вода обычно мутная). Неглубокие равнинные реки обычно содержат много биогенов, такие воды называются эутрофные. Глубокие озера на кристаллических породах обычно содержат мало биогенов, такие воды называются олиготрофные. Промежуточное положение занимают мезотрофные воды. Активность редуцентов зависит от температуры и содержания кислорода. Поэтому в северных водоемах с отложениями торфа биогены находятся в связанном состоянии – такие воды называются дистрофные. Таким образом, продуктивность водорослей в реках и озерах колеблется в широких пределах, но, в целом, возрастает по мере продвижения к экватору.

Эвтрофикация водоемов. При повышении содержания биогенов в воде происходит эвтрофикация водоемов – значительное повышение продуктивности. Существует антропогенная и естественная (неантропогенная) эвтрофикация.

Антропогенная эвтрофикация водоемов вызывается: сбросами биогенов (в первую очередь, фосфатов), изменением гидрологического режима (скорость течения воды в водохранилищах замедляется; при падении уровня озер происходит мобилизация биогенов из донных отложений), смывом поверхностного слоя почвы и т.д. Антропогенная эвтрофикация водоемов приводит, как правило, к нарушению биологического равновесия: изменяется альгофлора (видовой состав водорослей), изменяется плотность популяций водорослей. Резко возрастает плотность популяций миксотрофных видов. Плотность популяций зеленых водорослей снижается. В дальнейшем при отмирании этих видов снижается содержание кислорода, повышается содержание сероводорода. Кроме того, ряд водорослей выделяет токсины, прямо убивающие гидробионтов.

Неантропогенная эвтрофикация наблюдается при изменении направления морских течений, при сезонном изменении освещенности и температуры. Печально известны «красные приливы» (бурное размножение пирофитовых водорослей), которые приводят к накоплению токсинов в тканях моллюсков и других гидробионтов. Это приводит к массовой гибели этих организмов и к пищевым отравлениям населения, употребляющего в пищу эти организмы.

Утилитарное значение водорослей относительно невелико. Некоторые водоросли используются в пищу, особенно при лечебном питании. Съедобные виды: ульва («морской салат»), ламинария («морская капуста»), порфира и некоторые другие. Чаще водоросли используются для производства пищевых добавок, сбалансированных по элементному составу. В прибрежных районах водоросли используются как удобрение, идут на корм скоту. Бурые и красные водоросли используются как техническое сырье для получения агар-агара, клеящих веществ. Некоторые виды считаются перспективными с точки зрения биотехнологии, например, хлорелла. Ряд видов используется в качестве индикаторов загрязнения вод, то есть в целях биомониторинга.

Водоросли широко используются в научных исследованиях в области экологии, генетики, физиологии, клеточной инженерии. Существует наука альгология, включающая систематику водорослей, их физиологию, экологию, биохимию, популяционную биологию, эволюционную альгологию и другие разделы.

Дата добавления: 2015-08-13