Концепция речного континуума

Концепция речного континуума - это модель для классификации и описания рек , индивидуальная в дополнение к классификации водных сегментов после появления индикаторных организмов и использования в геоморфологии . В лимнологии описания моделей и модели классификации, подобные этой, используются для описания и оценки состояния водоема. В дополнение к простой классификации сообществ, которая была распространена до ее введения, она также дает объяснение их последовательности в течении воды, а также других предсказуемых и реально наблюдаемых биологических свойств воды. Эта концепция была разработана в 1980 году американской исследовательской группой под руководством Робина Л. Вэннота .

Эмс между Emsbüren и Зальцбергеном

задний план

Концепция речного континуума основана на идее, что река рассматривается как открытая экосистема, которая находится в постоянном взаимодействии с берегом и непрерывно изменяется от истока к устью . Основанием для этого изменения в системе в целом является постепенное изменение физических условий окружающей среды, таких как ширина, глубина, количество воды, свойства потока , температура и сложность воды. Согласно гипотезе , живые существа адаптированы к такой непрерывной системе и, в свою очередь, образуют континуум, в котором сообщества находятся в гармонии с физическими условиями на более протяженных участках реки, и устанавливается баланс между производителями органического материала (в первую очередь растений ) и потребители того же. По течению реки изменяется соотношение между производством и потреблением ( дыханием ) материала.

Сообщества и типы диеты

Постоянные изменения свойств проточной воды в первую очередь приводят к определенному составу организмов в различных частях воды. Здесь важна пропорция четырех важных типов питания, которые называются измельчителем, собирателем, травоядным (или «травоядным») и грабителем. За исключением хищников, все эти организмы питаются непосредственно растительным материалом и тем самым разлагают его. Их называют сапробианами .

Личинки черной мухи (сборщик)

Измельчители - это организмы, которые измельчают грубый органический материал, например листья, на куски. Они используют материал размером более миллиметра (крупнозернистый материал, CPOM = крупнозернистое органическое вещество) и его рост ( грибы , микроорганизмы ) в качестве пищи, но в то же время оставляют после себя много материала. Типичными измельчителями в водах Центральной Европы являются земноводные , водяные вши , различные подёнки и личинки веснянок .

Организмы называются сборщиками, которые с помощью ловушек или других собирающих сооружений могут вылавливать взвешенные вещества из водного потока или поглощать их из отложений, которыми они питаются. Размер частиц составляет от 0,5 до 50 микрометров (сверхмелкозернистый органический материал, UPOM = сверхмелкозернистое органическое вещество, тонкодисперсный материал, FPOM = мелкодисперсное органическое вещество). В эту группу входят личинки мошек , многие личинки комаров , круглые черви и многие другие группы животных.

Ловцы пасутся на ростках более крупных структур в воде, таких как камни, куски дерева или более крупные водные растения. К ним относятся улитки , личинки комаров век, а также многие личинки комаров.

Сине-зеленая мозаичная личинка девы (хищник)

В конце концов, хищники - это организмы, которые питаются другими животными, в том числе личинками стрекоз и различными жуками .

Из-за изменения существующего органического материала пропорции этих групп в сообществах меняются по течению реки. В верховьях и в районе ручьев преобладают измельчители и сборщики из-за грубого растительного материала, и травоядные составляют небольшую часть. В среднем течении увеличивается доля пасущихся пастбищ и особенно собирателей, тогда как измельчители значительно уменьшаются и, наконец, полностью исчезают. В низовьях почти нет твердых частиц, причем коллекторы составляют большую часть. Доля хищников остается в основном постоянной на всех участках и изменяется только в видовом составе, поскольку он зависит не от размера органического материала, а от наличия добычи. Атипичные изменения в составе этих групп организмов в течение реки, такие как увеличение числа измельчителей в более крупных речных районах или отсутствие этих животных в верховьях, указывают на нарушение.

Деление проточной воды

Бах: Пфефферфлисс возле Штангенхагена

Разделение проточной воды в соответствии с концепцией речного континуума позволяет грубо разделить ее на три части, которые применимы ко всем проточным водам. В соответствии с этим малые водоемы можно разграничить как ручьи из средних рек и крупных рек .

Область ручья очень узкая в верховьях и в основном покрыта густой прибрежной растительностью . Это предотвращает проникновение солнечного света и, таким образом, производство органического материала посредством фотосинтеза в воде, но в то же время обеспечивает поступление большого количества растительного материала, который попадает в реку (аллохтонный органический материал). В этом разделе дыхание превышает производство, и соотношение P: R <1. Живые существа играют здесь важную роль, поскольку они измельчают в основном грубый растительный материал, а также организмы, которые собирают и используют измельченный материал. Есть также травоядные и грабители. Здесь также можно ожидать наибольшего разнообразия органических материалов. Однако здесь полностью разрушаются только очень мелкие частицы, а более крупные и трудноразрушаемые компоненты уносятся дальше по потоку.

Река: Изар в Мюнхене-Талькирхен

По мере прохождения воды значение банка как поставщика органического материала уменьшается, а производство в воде становится более важным (автохтонный органический материал). Отношение продукции к дыханию увеличивается и составляет P: R> 1. Соответственно уменьшается доля измельчителей, так как растительный материал имеет форму водорослей . Доля собирателей и травоядных увеличивается, доля хищников остается неизменной.

В последней секции в реке много твердых частиц, и дальнейшее производство происходит посредством фотосинтеза, который ограничен мутными взвешенными веществами в самой верхней части воды. Здесь снова преобладает дыхание , и соотношение снова P: R <1. Сообщество в этих речных районах состоит почти исключительно из собирателей и все еще неизменной доли хищников.

Континуум

Соотношение между крупнозернистым (CPOM,> 1 мм) и мелкодисперсным (FPOM, от 0,05 до 1 мм) материалом, а также соотношение между производительностью и дыханием в русле реки

Постоянные изменения на водной поверхности могут быть подтверждены различными факторами. Как описано выше, поток начинается с системы, которая изначально находится под очень сильным влиянием извне и в которой потребляется в основном органический материал. Затем он попадает в систему с мощным собственным производством органических материалов, которое меняется изо дня в день в зависимости от солнечного света. Последняя область менее зависима от внешней среды, но все же находится под сильным влиянием процессов деградации. В непрерывной системе без возмущений, например, от притоков, это развитие можно наблюдать во всех речных системах, при этом возможны вариации из-за сезонного ритма факторов окружающей среды (особенно температуры). Размер частиц органического материала, а также его разнообразие продолжают уменьшаться по течению реки.

Системные ресурсы и стабильность

Существенным моментом концепции является рассмотрение использования ресурсов органического материала и энергии, содержащейся в проточной воде. В каждой точке реки энергия поступает в виде органического материала, используется, накапливается и частично передается в места, расположенные ниже по течению. Доступная энергия также представляет собой ограничивающий фактор системы, и система стремится использовать ее как можно более эффективно и без потерь. Бесплатные ресурсы позволяют новым видам утвердиться в сообществе, чтобы их можно было снова быстро использовать в модели. Этот принцип важен не только для «речной» экосистемы, но в равной степени применим ко всем остальным системам. Однако здесь он играет большую роль, поскольку неиспользуемые ресурсы теряются в одном месте из-за постоянного движения вперед. В соответствии с концепцией речного континуума постулируется, что в реке существует постоянное сильное побуждение оптимально использовать ресурсы и использовать их непрерывно с течением времени.

Развитие разнообразия органических материалов и видов, а также суточные изменения температуры в течении реки.

Временной аспект этой непрерывности можно увидеть прежде всего в дневных и сезонных периодах. В течение дня сообщества меняются в основном из-за повышенного давления кормления в течение дня (рыба охотится в основном оптически) и изменений абиотических факторов, таких как температура и свет. Наибольшее ежедневное изменение факторов наблюдается в среднем течении, здесь также самый большой спектр различных видов животных ( видовое разнообразие ), которые могут оптимально использовать различные условия.

Благодаря постоянству, которое достигается за счет такого равномерного использования ресурсов, система очень стабильна в случае сбоев и колебаний. Соответственно, нарушения в использовании очень быстро уравновешиваются, и вскоре после этого устанавливается новое равновесие. Кроме того, отсутствует экологическое развитие системы ( сукцессии ), и изменения в системе возможны только извне через геологические изменения, такие как изменение площади водосбора, изменение поступления органических веществ или геологического движения грунта. Однако даже после этих изменений снова наблюдается устойчивое состояние и измененная, но оптимально функционирующая речная система.

Разработка и применение концепции

Первая презентация всеобъемлющей концепции состоялась в 1980 году в рамках двухдневного конгресса Центра водных исследований Страуд , возглавляемого Робином Ванноте. Это стало результатом многолетнего исследования, финансируемого Фондом Рокфеллера . Гипотеза была опубликована в том же году под заголовком «Концепция речного континуума» в Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences . Эта концепция была основана на работе других американских лимнологов, таких как Рут Патрик , которая выдвинула на первый план экосистемный аспект проточной воды, и Луна Леопольд , которая занималась физическими изменениями в воде. Существенным дополнением к рабочей группе Vannote было добавление и объяснение сообществ в этой системе. Сам Ваноте описал исходную ситуацию следующим образом:

«В те дни большинство людей до смерти изучали квадратный метр воды».

(Немецкий: «Тогда большинство людей анализировали квадратный метр воды до смерти». )

Поэтому исследования всегда проводились только на небольших участках водоема, и они крайне редко рассматривались в целом как проточные воды.

После публикации концепция речного континуума быстро нашла признание среди экспертов и стала предпочтительной моделью для описания сообществ в реках. Здесь решается классическое разделение вод в рыбные регионы , которая была разработана на Роберте Лаутерборного между 1916 и 1918 годами на основе общин в Рейне , а также разделение на места обитания Krenal , Rhithral и Potamal по Иоакиму Illies в своей публикации «Попытка общей биоценотической структуры проточных вод» (1961). Обе концепции имели недостаток, заключающийся в том, что они когда-либо описывали только зоны воды и не позволяли рассматривать систему в целом, как это стало возможным благодаря концепции речного континуума.

На практике концепция речного континуума сегодня в основном используется для экологической оценки рек и их нарушений. После изучения биоценозов в реке можно определить видовой состав и сравнить его с идеальным случаем в соответствии с Концепцией речного континуума. Прежде всего, избыточный вес или отсутствие определенной диеты могут предоставить информацию о возможном существующем заболевании.

Проблемы, ограничения и модификации

Заводной рукав Шпрее возле Люббена . Концепция не предусматривает такой перегрузки.

Хотя концепция речного континуума получила широкое признание, ее применимость ограничена. В качестве модели он описывает оптимальную и равномерно меняющуюся воду без нарушений и неровностей. Это не включает, например, притоки , заторы через плотины или озера или нерегулярные явления, такие как затопление берега.

Чтобы уловить эти неровности в модели, концепция континуума реки была расширена и изменена различными авторами. Например, СП Уорд и Дж. А. Стэнфорд разработали концепцию последовательного разрыва в 1983 году , в которой они интегрировали эффекты геоморфологических нарушений, таких как вышеупомянутые заторы и притоки. Те же авторы представили концепцию гипорейского коридора в 1993 году , в которой вертикальная (по глубине) и горизонтальная (от берега к берегу) структурная сложность была связана с континуумом реки. Концепция Flood Pulse , разработанная WJ Junk et al. 1989 г. и с дальнейшими изменениями П.Бейли 1990 г. и К. Токнер и др. 2000 год, наконец, привел к тому, что большая часть питательных веществ и органических веществ поступает из отложений и затопляет часть ландшафта в реку. Модель продуктивности реки (RPM), разработанная в 1994 г. Дж. Х. Торпом и М. Д. Делонгом, описывает продуктивность очень больших рек с большими поймами .

литература