г) Солоність, мінеральний склад.
Солоність – сума концентрацій всіх розчинених у воді мінеральних речовин. За прісну вважається вода, що має солоність нижче 0,5 грам/кг (ця одиниця називається промілле). Вода океану зазвичай має солоність від 30 до 35 промілле. Окрім прісних водойм і солоного моря існують водні об'єкти з проміжним рівнем солоності. Сума концентрацій у воді іонів магнію і кальцію називається жорсткістю. Особливо важливий цей показник для організмів, що мають вапняні скелети і раковини. Якщо для регіону поклади вапняків і інших легкорозчинних гірських порід нехарактерні, вода більшості водойм буде “м'якою” – тобто містити мало іонів Са2+ і Mg2+. Прісна і солона вода дуже по-різному впливають на організм водних тварин. Особливо сильно розрізняються у морських і прісноводих мешканців системи осморегуляції. Тому солоні водойми мають свою характерну фауну, а прісні водойми – свою. Найменш сприятливі для життя водойми з проміжним рівнем солоності. Як правило, вони мають дуже бідну фауну водних безхребетних.
ґ) Прозорість, світловий режим.
На поверхню водойм нашого регіону в рік падає в середньому біля 320 кДж/см2 сонячної енергії. Якщо сонце стоїть в зеніті, а поверхня води ідеально гладка, то від неї відбивається близько 5% падаючої енергії. Навіть при слабкому хвилюванні частка відбитої енергії зростає до 15%. Збільшується вона і при косому падінні променів: якщо сонце знаходиться під кутом 30° до лінії горизонту, то навіть від гладкої водної поверхні буде відбиватися 25% енергії. Але і сонячні промені, що проникли у водну товщу, чекає нелегка доля: вода набагато менш прозора, чим повітря, вона сильно поглинає і розсіює світлові промені. Проте, хоч би мінімальний рівень освітленості необхідний для більшості водних організмів: рослинам він потрібний для ведення фотосинтезу органічних речовин, тваринам – для розпізнавання навколишнього середовища, орієнтації, синхронізації життєвих циклів. Водні тварини сильно «близорукі». Риби бачать достатньо чітко тільки на відстані 5-10 см. Зате вони можуть задовольнятися в мільйони раз слабкішим рівнем освітлення, ніж мешканці суші.
Прозорість води – характеристика, що показує, наскільки зменшилася інтенсивність світла при його проходженні через шар води певної товщини. Океани і моря зазвичай прозоріші, ніж континентальні водойми: у них слабке світло проникає до глибини 150 і більше метрів (глибше за всіх проникають сині і зелені промені). І на таких глибинах ростуть види червоних водоростей, здатні вести фотосинтез цьому мізерному освітленні. У континентальних водоймах прозорість і умови освітленості міняються дуже сильно. У гірських річках і озерах світло може проникати до дна: дно цих водойм складене малорозчинними породами, в них мало планктону. У рівнинних водоймах прозорість залежить від сезону. У паводок вона мінімальна. На значні глибини світло проникає тільки в озерах з низькими концентраціями органічних речовин - в них прозорість може досягати 40 м. У більшості ж річок і озер прозорість не перевищує 2 – 3 м. Особливо низьку прозорість мають дистрофні озера з сильно гуміфікованою коричневою водою і евтрофні озера, в яких багато планктону. Кількість зважених частинок, річок, що сильно впливають на прозорість максимально, якщо швидкість течії велика, а підстилаючі породи - м'які.
д) Грунти
Розрізняють дрібнозернисті (м'які) і грубозернисті (жорсткі) грунти. До м'яких грунтів відносяться глину (діаметр частинок менше 0,01 мм) мул (від 0,01 до 0,1 мм) і пісок (0,1 – 1 мм). До жорстких – гравій (діаметр частинок 0,1 – 1 см), галька (1 - 10 см), валуни (10 – 100 см) і глиби (більше 100 см). Зазвичай реальні грунти складаються з суміші різних фракцій. Більшість водних організмів вважають за краще мешкати на визначених типах грунту. Організми, що мешкають на піщаних грунтах, називаються псаммофілами. На кам'янистих – літофилами. На мулах – пелофілами і так далі На незвичних грунтах водні організми не можуть нормально харчуватися, будувати притулки, що веде до їх ослаблення і загибелі. Існує цікава закономірність: при порівнянні мешканців кам'янистого грунту з псаммофілами і далі – з пелофілами, середні розміри і маси окремих особин зменшуються, зате їх кількість зростає. Водні організми і самі роблять вплив на донний грунт. Рослини скріпляють його своїм корінням, тварини збагачують органікою і активно “перепахують”.
е) Гідродинаміка (течії, хвилювання).
Для водойм суші найбільш характерні постійні течії викликані нахилом русла (у річках), а також періодичні або тимчасові течії, що відбуваються через тертя повітряних мас об водну поверхню або через різниці в температурі і щільності води в різних частинах водойми. На порожистих ділянках річок швидкість течії може досягати декількох метрів в секунду. Умови проживання на таких ділянках дуже своєрідні: через інтенсивне перемішування вода насичена киснем, існує постійна небезпека бути відірваним від грунту і знесеним течією. Харчові частинки з великою швидкістю проносяться мимо. Організми, пристосовані до проживання в таких умовах, називаються реакофілами. Втім, більшість рівнинних річок мають спокійнішу течію, її швидкість зазвичай не перевищує декількох десятків сантиметрів в секунду. У озерах і ставках течії мають ще менші швидкості, але їх значення для життя водних організмів дуже велике. Двічі в рік, навесні і осінню, в всіх водоймах помірного поясу, що мають достатню глибину, відбувається масштабне перемішування водних мас. Вода у поверхні нагрівається (навесні) або охолоджується (восени) до температури +4 °С. Відомо, що при такій температурі вода має максимальну щільність, тому верхні шари води опускаються вниз, а придонні витісняються вгору, до поверхні. При цьому перемішуванні глибини водойми збагачуються киснем, а до поверхні піднімаються з глибини біогени і мінеральні солі.
2.2 Зміни водних екосистем при антропогенному забрудненні. Сапробність і токсобність
Поняття "Якість води" має на увазі комплексну оцінку, яка включає гидрохімічні і гідробіологічні характеристики. У наш час продовжує використовуватися традиційний підхід до оцінки якості води, заснований на визначенні тільки ряду хімічних показників. Це не дозволяє оцінити зміни у водній екосистемі, оцінити ступінь порушень, з'ясувати їх механізм і дати прогноз подальшої зміни в екосистемі. Такі завдання можна вирішити, використовуючи методи біоіндикації.
У водоймах з найбільш «чистою» водою, що містятться низькі концентрації біогенних і органічних речовин, кількість видів гідробіонтів звичайно нижча, ніж в тих водоймах, де органічні речовини, сполуки азоту і фосфору присутні в помірних концентраціях. Для багатьох водних організмів, що мешкають в мезо- і евтрофних водах, помірний рівень забруднення є нормальним станом місця існування. Частина таких видів цілком може служити індикаторами забруднення води органічними і біогенними речовинами.
Інша частина видів, що мешкають у вузьких межах умов навколишнього середовища не витримують навіть невеликого забруднення і зникають – такі види є хорошими індикаторами низьких рівнів забруднення.
У міру надходження органічних і біогенних речовин відбувається поступова зміна хімічного складу води, видового складу гідробіонтів, відбувається перебудова структури і функцій екосистеми в цілому. На початку процесу забруднення зміни в екосистемі незначні і зворотні. Надалі екосистема збільшує свою здатність до переробки речовин, що поступають, але до певної межі. Їх перевищення приводить до деградації і повного руйнування екосистеми.
2.3 Методи оцінки забруднення вод за допомогою тварин-індикаторів
Біоіндикація прісних вод - система оцінки стану і змін якості вод, заснована на вивченні якісного і кількісного складу чутливих і толерантних до забруднень гідробіонтів.
Біомоніторинг прісних вод - система повторних, цілеспрямованих спостережень, оцінки і прогнозу екологічного стану водних об'єктів з використанням методів біоіндикації. В процесі біомоніторинга накопичуються дані про стан водних об'єктів, аналізується стан водних об'єктів з'ясовуються причини і джерела змін екологічного стану об'єктів.
Методи біоіндикації застосовні тільки до водойм, що мають власну біоту. Вони враховують реакцію на забруднення цілих співтовариств водних організмів або ж окремих систематичних груп. При цьому дослідники безпосередньо на водоймі враховують факт присутності в німіндикаторних організмів, їх кількість, наявність у них патологічних змін.
Не дивлячись на те, що і природні умови водойм, і види забруднень дуже різноманітні, можна виділити декілька універсальних реакцій співтовариств водних організмів на погіршення якості води. Раніше всього це:
1. Зменшення видової різноманітності (у 2-4, а іноді і в десятки разів);
2. Зміна кількості водних організмів. Причому кількість може як знижуватися (при дуже високому рівні забруднення або за наявності токсичних забруднювачів), так і рости в порівнянні з нормальним станом співтовариства. Це зростання пояснюється тим, що в водоймах, особливо при їх забрудненні органічними речовинами, можуть залишатися небагато, але стійкі до забруднення види тварин. У таких умовах вони досягають дуже високої великої кількості.
Саме ці закономірності застосовуються в багатьох методиках біоіндикації. До їх числа відносяться індекси видової різноманітності і методи, що враховують співвідношення великої кількості різних груп водних організмів.
Окрім цього, часто враховується здатність певних груп організмів мешкати у водоймах з тим або іншим рівнем забрудненості.
Треба особливо відзначити те, що представники будь-якої надвидової систематичної групи (роду, сімейства, підряду) практично ніколи не мають однакових екологічних потребам. До складу таких груп можуть входити абсолютно різні з погляду відношення до забруднення види: стійкі до забруднювачів, нестійкі, види-універсали, здатні жити в дуже широкому спектрі зовнішніх умов і так далі. Однією з поширених помилок є використання надвидових таксонів як індикаторів якості води без критичного розгляду набору тих, що входять в цей таксон видів.