Σε μια τυπική λίμνη συναντώνται διακριτές βιοκοινότητες οι οποίες εξαρτώνται άμεσα από τα ιδιαίτερα χαρακτηριστικά της λίμνης, αλλά και τις φυσικοχημικές παραμέτρους του χώρου εξάπλωσής τους, που μπορεί να είναι το νερό, ο πυθμένας ή η ακτή.

Έτσι οι οργανισμοί της λίμνης μπορούν να διακριθούν σε:

α) Οργανισμούς που ζουν στον πυθμένα της λίμνης και είναι:
- Φυτά: ανώτερα φυτά (μακρόφυτα) και προσκολλημένα μικροφύκη (περίφυτον)
- Βακτήρια και μύκητες
- Βενθικοί οργανισμοί: υδρόβια έντομα, μαλάκια (μύδια, σαλιγκάρια), άλλα ασπόνδυλα (καραβίδες, σκώληκες)

β) Οργανισμούς που παρασύρονται από το νερό
- Φυτοπλαγκτόν, ζωοπλαγκτόν, βακτήρια

γ) Οργανισμούς που μετακινούνται ελεύθερα
- Τα μεγαλύτερα είδη του ζωοπλαγκτού
- Αμφίβια
- Ψάρια

Στην παράκτια ζώνη, στα ρηχά νερά δηλαδή κατά μήκος της παραλίας, το φως διεισδύει μέχρι τον πυθμένα επιτρέποντας την ανάπτυξη υδρόβιων φυτών - μακρόφυτων. Τα φυτά αυτά μπορεί να είναι υπερυδατικά (περιοδικά βρίσκονται μέσα στο νερό, αλλά μπορούν να επιβιώσουν και εκτός νερού για μεγάλα χρονικά διαστήματα - συνήθως αποτελούνται από βούρλα, καλάμια και ψαθιά), εφυδατικά (μακρόφυτα με επιπλέοντα φύλλα και άνθη, όπως νούφαρα, λέμνες) ή υφυδατικά (μακρόφυτα με βυθισμένα φύλλα, όπως μυριόφυλλα και ποταμογείτονες, που βρίσκονται έξω από το νερό, μέσα στο νερό ή στην επιφάνεια του νερού ή ακόμη είναι βυθισμένα εξ ολοκλήρου στο νερό) - εικ. 26.

Η παράκτια ζώνη εξαπλώνεται από τις όχθες της λίμνης έως το βάθος όπου η ένταση του φωτός είναι περίπου το 1% της επιφανειακής, δηλαδή στην ευφωτική ζώνη όπου μπορεί να γίνει η φωτοσύνθεση. Στις περισσότερες λίμνες η ευφωτική ζώνη συμπίπτει με το επιλίμνιο και μόνο σε λίμνες με μεγάλη διαφάνεια η φωτοσυνθετική δραστηριότητα μπορεί να παρατηρηθεί και στο θερμοκλινές.

Εικόνα 26. Στην ευφωτική ζώνη μπορούν να αναπτυχθούν όλα τα είδη που φωτοσυνθέτουν, όπως η υδρόβια βλάστηση στην παράλια ζώνη και το φυτοπλαγκτόν στην πελαγική αλλά και την παράλια

Τα φυτά της παράκτιας ζώνης εκτός από τροφή για τους φυτοφάγους οργανισμούς της περιοχής, αποτελούν το υπόστρωμα ανάπτυξης για μεγάλο αριθμό μικροσκοπικών φυκών και ασπόνδυλων και παρέχουν μια φυσική κατοικία για ψάρια και άλλους οργανισμούς διαφορετική από αυτή της πελαγικής ζώνης.

Πελαγική ζώνη είναι η περιοχή στα ανοιχτά της λίμνης, όπου το φως δεν φθάνει συνήθως μέχρι τον πυθμένα. Το ίζημα του πυθμένα αποτελεί την βενθική ζώνη, στην επιφάνεια της οποίας (πάχος 2-5cm) συναντάται μια μεγάλη ποικιλία οργανισμών, οι λεγόμενοι βενθικοί οργανισμοί που είναι ασπόνδυλα, νύμφες δίπτερων εντόμων (σκνίπες, κουνούπια, μύγες κ.λπ.) και μικρά καρκινοειδή. Η ζώνη αυτή είναι πλούσια σε οργανική ύλη και η παραγωγικότητά της εξαρτάται από το οργανικό περιεχόμενο, τις φυσικές συνθήκες του ιζήματος και από τους ρυθμούς θήρευσης των ψαριών.

Τα αμμώδη ιζήματα είναι ασταθή και περιέχουν συνήθως μειωμένες ποσότητες θρεπτικών, γι' αυτό και οι φυτικοί οργανισμοί είναι σπάνιοι, ενώ στους βραχώδεις πυθμένες εμφανίζεται μεγάλη ποικιλία ζωής αφού προσφέρουν καταφύγιο στους οργανισμούς από τους θηρευτές τους, υπόστρωμα για να προσκολλούνται τα μικροφύκη (περίφυτον) αλλά και τροφή (οργανική λάσπη) στους διάφορους βενθικούς οργανισμούς.

Τροφικό πλέγμα

Για να καταλάβουμε πώς λειτουργεί το οικοσύστημα της λίμνης, μπορούμε να οργανώσουμε τις βιολογικές κοινότητες σε τροφικές αλυσίδες και τροφικά πλέγματα. Η απλούστερη παρουσίαση του "ρόλου" ενός οργανισμού σε ένα οικοσύστημα είναι η απεικόνιση της οικολογικής πυραμίδας (εικ. 27). Στην πλατιά βάση των παραγωγών ανήκουν οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί και τα κυανοβακτήρια. Οι παραγωγοί υποστηρίζουν τα ανώτερα τροφικά επίπεδα της πυραμίδας, δηλαδή τους φυτοφάγους οργανισμούς (ζωοπλαγκτόν), τους πλαγτονοφάγους οργανισμούς και τους πολύ μικρότερους πληθυσμούς των σαρκοφάγων (θηρευτών).

Τα φυτά αποτελούν τροφή των καταναλωτών πρώτης τάξης και όταν ολοκληρώσουν τον κύκλο της ζωής τους και νεκρωθούν, γίνονται τροφή των αποικοδομητών. Οι πρωτογενείς καταναλωτές, όπως το ζωοπλαγκτόν και η ποικιλία ασπόνδυλων αποτελούν τροφή για τους καταναλωτές δεύτερης τάξης, που είναι τα μικρά ψάρια και κάποια είδη της ορνιθοπανίδας. Οι μεγαλύτεροι ζωικοί οργανισμοί, όπως τα μεγάλα ψάρια, τα ψαροφάγα πουλιά, οι ψαραετοί, αλλά και ο άνθρωπος είναι καταναλωτές τρίτης τάξης (4ο τροφικό επίπεδο). Τα πιο πάνω ανεξάρτητα τροφικά επίπεδα μπορούν να απεικονιστούν με τροφικές αλυσίδες, αλλά στην πραγματικότητα πολλοί οργανισμοί είναι παμφάγοι και συνεπώς δεν αντιπροσωπεύονται πάντα μόνο από ένα από τα παραπάνω τροφικά επίπεδα.

Εικόνα 27. Απλοποιημένη παρουσίαση της τροφικής πυραμίδας, της ροής ενέργειας και της ανακύκλωσης των θρεπτικών στοιχείων σε μια λίμνη

Παράλληλα, οι καταναλωτές πολύ συχνά αλλάζουν τροφικό επίπεδο στη διάρκεια του κύκλου της ζωής τους. Για παράδειγμα ένα ψάρι μπορεί στα πρώτα στάδια της ζωής του να τρέφεται από μικροφύκη, βακτήρια και τρίμματα νεκρής ή αποικοδομούμενης οργανικής ύλης, στη συνέχεια από ζωοπλαγκτόν και στα ώριμα στάδια της ζωής του από άλλα ψάρια.

Τα τροφικά πλέγματα είναι συνήθως πολύ σύνθετα και στο οικοσύστημα της λίμνης εκατοντάδες οργανισμοί μπορεί να συμμετέχουν σ΄ αυτά. Επειδή όμως η διαθέσιμη ενέργεια μειώνεται όσο προχωράμε στα ανώτερα τροφικά επίπεδα, είναι απαραίτητη μια μεγάλη βάση παραγωγών, ώστε να μπορεί να συντηρήσει τα λιγότερα σε αριθμό μεγάλα ψάρια. Τα τροφικά πλέγματα επίσης απεικονίζουν τη ροή ενέργειας και θρεπτικών (άνθρακας, άζωτο, φώσφορος) - εικ. 28. Η ανακύκλωση των θρεπτικών στοιχείων είναι απαραίτητη για τη λειτουργία του οικοσυστήματος.

Εικόνα 28. Απλοποιημένη σχηματική απεικόνιση τροφικού πλέγματος λιμναίου οικοσυστήματος

Όπως και στα χερσαία οικοσυστήματα, δύο είναι οι βασικές λειτουργίες για τη διατήρηση της ζωής στη λίμνη: η φωτοσύνθεση και η αναπνοή. Τα πράσινα τμήματα των φυτών δεσμεύουν ενέργεια από τον ήλιο και μετατρέπουν τις αβιοτικές ανόργανες χημικές ουσίες (CO2, νερό, ανόργανα άλατα) σε οργανικές.

Στους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς της λίμνης περιλαμβάνονται το φυτοπλαγκτόν, το περίφυτον και τα μακρόφυτα. Είναι οι παραγωγοί του συστήματος που παράγουν τις οργανικές ενώσεις που απαιτούνται για τη θρέψη, την πρόσληψη δηλαδή ενέργειας από τους υπόλοιπους οργανισμούς. Το οξυγόνο, παραπροϊόν της φωτοσύνθεσης, προστίθεται στο οξυγόνο της λίμνης που προέρχεται από την ατμόσφαιρα.

Στα υδάτινα στρώματα που ο ρυθμός της φωτοσύνθεσης είναι πολύ υψηλός, όπως στις περιπτώσεις της άνθισης του νερού, το νερό μπορεί να υπερκορεσθεί σε οξυγόνο. Το σημείο κορεσμού του νερού εξαρτάται από τη θερμοκρασία του. Το σημείο κορεσμού του νερού σε οξυγόνο αυξάνεται όσο μειώνεται η θερμοκρασία του. Σε περιόδους στρωμάτωσης της λίμνης, η μοναδική πηγή οξυγόνου για τις βαθύτερες ζώνες είναι οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί. Αυτό συμβαίνει όμως μόνο αν το φως μπορεί να διεισδύσει κάτω από το θερμοκλινές.

Εκτός από φως, το φυτοπλαγκτόν και τα ανώτερα φυτά χρειάζονται οξυγόνο, διοξείδιο του άνθρακα και θρεπτικά για να αναπτυχθούν και να επιζήσουν. Εκτός από ελάχιστα είδη κυανοπράσινων μικροφυκών, τα υπόλοιπα δεν μπορούν να επιζήσουν σε ανοξικό περιβάλλον.

Το διοξείδιο του άνθρακα είναι πρακτικά πάντα διαθέσιμο, αφού προέρχεται από τη χημική και μηχανική διάβρωση, τη διάλυση των ασβεστολιθικών πετρωμάτων της λεκάνης απορροής, τη διάχυσή του από την ατμόσφαιρα και από τη λειτουργία της κυτταρικής αναπνοής των οργανισμών της λίμνης.

Τα βασικά θρεπτικά συστατικά, που είναι το άζωτο και ο φώσφορος, βρίσκονται διαλυμένα στο νερό ή στο ίζημα του πυθμένα και απορροφούνται από τους μικροφυτικούς οργανισμούς και τα ανώτερα φυτά αντίστοιχα. Η χαμηλή συγκέντρωσή τους στο νερό αποτελεί περιοριστικό παράγοντα για την ανάπτυξη των φυτών.

Άλλα στοιχεία απαραίτητα για τη ζωή είναι τα κύρια ιόντα: ασβέστιο, μαγνήσιο, νάτριο και κάλιο, τα ιχνοστοιχεία σίδηρος, κοβάλτιο, μολυβδαίνιο, μαγγάνιο, βόριο, ψευδάργυρος και είναι συνήθως παρόντα σε επαρκείς συγκεντρώσεις. Το θείο που επίσης χρειάζονται οι ζωντανοί οργανισμοί υπάρχει συνήθως στις λίμνες με τη μορφή θειικών αλάτων.

Η αναπνοή και η οξείδωση του οργανικού υλικού απελευθερώνει μέρος της ενέργειας που αρχικά δεσμεύτηκε για τη φωτοσύνθεση. Οι μικροοργανισμοί (βακτήρια και μύκητες) καταναλώνουν ένα μεγάλο μέρος του διαθέσιμου οξυγόνου κατά την αποικοδόμηση του νεκρού οργανικού υλικού που αποβάλλεται από τους οργανισμούς, ενώ παράλληλα ανακυκλώνουν τα θρεπτικά που είναι απαραίτητα για τη φωτοσύνθεση.

Ευτροφισμός

Ο όρος ευτροφισμός αναφέρεται στην υπέρμετρη αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας, στην υπέρμετρη δηλαδή αύξηση της φυτικής βιομάζας (φυτοπλαγκτόν, υδρόβια, υδροχαρής βλάστηση) μιας "κλειστής" υδάτινης μάζας (εικ. 29). Ο ευτροφισμός των λιμνών οφείλεται στη διοχέτευση, στην υδάτινη μάζα, μεγάλης ποσότητας θρεπτικών αλάτων, κυρίως αζώτου και φωσφόρου και μπορεί να οφείλεται σε φυσικούς παράγοντες (γεωγραφικά, γεωμορφολογικά, κλιματολογικά, μορφομετρικά, υδροδυναμικά, και άλλα χαρακτηριστικά της λίμνης) ή σε ανθρωπογενείς επιδράσεις (αστικά λύματα, κτηνοτροφικά και βιομηχανικά απόβλητα, αποπλύσεις γεωγραφικών εδαφών). Τα αποτελέσματα του ευτροφισμού είναι δυσμενή για τα φυσικοχημικά και βιολογικά χαρακτηριστικά του νερού.

Ο ευτροφισμός επιφέρει σημαντική αύξηση της συγκέντρωσης του διαλυμένου οξυγόνου στο επιφανειακό στρώμα του νερού κατά τη διάρκεια της ημέρας, λόγω της έντονης φωτοσύνθεσης, ενώ παράλληλα προκαλεί μείωση του διαλυμένου στο νερό οξυγόνου στα βαθύτερα υδάτινα στρώματα, λόγω αυξημένων αναπνευστικών αναγκών των βακτηρίων που αποικοδομούν τις οργανικές ουσίες και μπορεί να διαμορφώσει ανοξικές συνθήκες.

Εικόνα 29. Σε εύτροφες λίμνες και κατά τη διάρκεια της άνοιξης και του φθινοπώρου (περίοδοι ανάμιξης των νερών) εμφανίζεται το φαινόμενο της "άνθισης του νερού".

Σε εύτροφες λίμνες και κατά τη διάρκεια της άνοιξης και του φθινοπώρου (περίοδοι ανάμιξης των νερών) εμφανίζεται το φαινόμενο της "άνθισης του νερού". Η συσσώρευση θρεπτικών αλάτων κατά τη διάρκεια του χειμώνα (εποχή κατά την οποία η αύξηση του φυτοπλαγκτού παρεμποδίζεται λόγω χαμηλών θερμοκρασιών) προκαλεί την ταχεία ανάπτυξη των φωτοσυνθετικών οργανισμών κατά τη διάρκεια της άνοιξης (εποχή κατά την οποία η θερμοκρασία είναι ευνοϊκή για την αύξησή τους).

Η εξάντληση των θρεπτικών ουσιών στο επιλίμνιο, που παρουσιάζεται κατά τους καλοκαιρινούς μήνες λόγω της θερμικής στρωμάτωσης που έχει ως αποτέλεσμα την παρεμπόδιση της ανάμιξης των νερών, περιορίζει το μέγεθος των φυτοπλαγκτονικών πληθυσμών, γιατί τα θρεπτικά άλατα συσσωρεύονται στα κατώτερα στρώματα.

Η φθινοπωρινή ψύξη των νερών προκαλεί ομοιοθερμία και ανάμιξη του νερού, με αποτέλεσμα να επανέρχονται τα θρεπτικά άλατα στα επιφανειακά στρώματα, γεγονός που συντελεί στην ταχεία αύξηση του φυτοπλαγκτού (φθινοπωρινή άνθιση του νερού).

Η αναλογία αζώτου - φωσφόρου παίζει καθοριστικό ρόλο στη διαμόρφωση των τροφικών συνθηκών μιας λίμνης. Στους φυτοπλαγκτονικούς και στους υδρόβιους φυτικούς οργανισμούς γενικότερα η σχέση φωσφόρου / αζώτου είναι 1 άτομο φωσφόρου προς 16 άτομα αζώτου. Αν ο λόγος Ν/Ρ στο νερό είναι μεγαλύτερος από 16, τότε ο φώσφορος είναι ανεπαρκής για την ανάπτυξη των φωτοσυνθετικών οργανισμών, η έλλειψη δηλαδή του φωσφόρου λειτουργεί ως περιοριστικός παράγοντας για την αύξηση των πληθυσμών τους.

Ενδεικτικά για την ανάπτυξη ευτροφισμού σε μία λίμνη είναι τα παρακάτω στοιχεία:

Βιολογικοί δείκτες
· Μείωση της ποικιλίας των βενθικών και φυτοπλαγκτονικών ειδών
· Αύξηση της πρωτογενούς παραγωγικότητας (μεγαλύτερη από 200g C/m3 ανά έτος) - αύξηση της βιομάζας των φυκών, της νηρητικής υδρόβιας και χερσαίας βλάστησης
· Αύξηση της βακτηριακής πυκνότητας
· Αύξηση του αριθμού εκείνων των βενθικών και των πλαγκτονικών ειδών, που αποτελούν δείκτες ρύπανσης
Χημικοί δείκτες
· Έλλειμμα οξυγόνου στον πυθμένα
· Υπερκορεσμός του επιλίμνιου σε οξυγόνο
· Αύξηση του ανόργανου αζώτου και φωσφόρου και του ολικού αζώτου και φωσφόρου
· Αύξηση του λόγου Ν/Ρ του νερού
· Μεταβολή του pH του νερού
· Μεταβολή της σύστασης του ιζήματος του πυθμένα
Φυσικοί δείκτες
· Μείωση του μέσου βάθους της λίμνης
· Μείωση της διαφάνειας της λίμνης