Материалы к семинару по экологии №1

Семинар 1

Тема №1
1.  Цель и задачи экологии.
Экология (от греч. «ойкос» — дом, жилище и «логос» — учение) — наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Предметом экологии является совокупность или структура связей между организмами и средой. Главный объект изучения в экологии — экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания. Кроме того, в область ее компетенции входит; изучение отдельных видов организмов (организменный уровень), их популяций, т. е. совокупностей особей одного вида (популяционно-видовой уровень) и биосферы в целом (биосферный уровень).
Для всех направлений экологии (аутэкологии, исследующую индивидуальные связи отдельного организма (виды, особи) с окружающей его средой;— популяционной экологии (демоэкологии, в задачу которой входит изучение структуры и динамики популяций отдельных видов;  синэколагии (биоценологию) — изучающей взаимоотношение популяций, сообществ и экосистем со средой - главным является изучение выживания живых существ в окружающей среде и задачи перед ними стоят преимущественно биологического свойства — изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы и т. д.
В последнее время роль и значение биосферы как объекта экологического анализа непрерывно возрастает. Особенно большое значение в современной экологии уделяется проблемам взаимодействия человека с окружающей природной средой. Выдвижение на первый план этих разделов в экологической науке связано с резким усилением взаимного отрицательного влияния человека и среды, возросшей ролью экономических, социальных и нравственных аспектов, в связи с резко негативными последствиями научно-технического прогресса.
Таким образом, современная экология не ограничивается только рамками биологической дисциплины, трактующей отношения главным образом животных и растений, она превращается в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой.
С научно-практической точки зрения вполне обосновано деление экологии на теоретическую и прикладную. Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни. Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу прикладной экологии составляет система общеэкологических законов, правил и принципов.
Исходя из приведенных выше понятий и направлений следует, что задачи экологии весьма многообразны.
В общетеоретическом плане к ним относятся: разработка общей теории устойчивости экологических систем; изучение экологических механизмов адаптации к среде; исследование регуляции численности популяций; изучение биологического разнообразия и механизмов его поддержания; исследование продукционных процессов; исследование процессов, протекающих в биосфере, с целью поддержания ее устойчивости; моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.
Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие: прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека; улучшение качества окружающей природной среды; сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов; оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районах.
Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

2. Экологические проблемы урбанизированных территорий:
1. Загрязнение воздуха. В процессе своей деятельности человек загрязняет воздушную среду. Над городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация газов, которые обычно в сельской местности содержатся в очень небольших количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и выпадая в виде кислых дождей, ухудшают качество почвы и снижают урожай.
Основные причины загрязнения атмосферы — сжигание природного топлива и металлургическое производство. Если в XIX и в начале XX в. поступающие в окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание вредных продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них выделяется сернистый ангидрид — ядовитый газ, легко растворимый в воде.
Концентрация сернистого газа в атмосфере особенно высока в окрестностях медеплавильных заводов. Он вызывает разрушение хлорофилла, недоразвитие пыльцевых зерен, засыхание и отпадание листьев хвои. Часть SO2 окисляется до серного ангидрида. Растворы сернистой и серной кислот, выпадая с дождями на поверхность Земли, причиняют вред живым организмам, разрушают здания. Почва приобретает кислую реакцию, из нее вымывается перегной (гумус) — органическое вещество, содержащее все компоненты, необходимые для развития растений. Кроме того, в ней снижается количество солей кальция, магния, калия. В кислых почвах уменьшается и число обитающих в них видов животных, замедлена скорость разложения опада. Все это создает неблагоприятные условия для роста растений.
Каждый год в результате сжигания топлива в атмосферу поступают миллиарды тонн СО2. Половина диоксида углерода, образующегося при сгорании ископаемого топлива, поглощается океаном и зелеными растениями, половина остается в воздухе. Содержание СО2 в атмосфере постепенно возрастает и за последние 100 лет увеличилось более чем на 10%. СО2 препятствует тепловому излучению в космическое пространство, создавая так называемый парниковый эффект. Изменение содержания С02 в атмосфере в значительной мере влияет на климат Земли.
Промышленные предприятия и автомобили служат причиной поступления в атмосферу многих ядовитых соединений — окислов азота, оксида углерода, соединений свинца (каждый автомобиль выделяет за год 1 кг свинца), различных углеводородов — ацетилена, этилена, метана, пропана, толуола, бензпирена и др. Вместе с капельками воды они образуют ядовитый туман — смог, вредно действующий на организм человека, на растительность городов. Жидкие и твердые частицы (пыль), взвешенные в воздухе, уменьшают количество солнечной радиации, достигающей поверхности Земли. Так, в больших городах солнечная радиация уменьшается на 15%, ультрафиолетовое излучение— на 30% (а в зимние месяцы оно может совсем исчезнуть).
2. Загрязнение пресных вод
Масштабы использования водных ресурсов быстро увеличиваются. Это связано с ростом населения и улучшением санитарно-гигиенических условий жизни человека, развитием промышленности и орошаемого земледелия. Суточное потребление воды на хозяйственно-бытовые нужды в сельской местности составляет 50 л на одного человека, в городах — 150 л.
Огромное количество воды используется в промышленности. На выплавку 1 т стали необходимо 200 м3 воды, а 1 т никеля — 4000 м3. На производство 1 т бумаги требуется 100 м3, на изготовление 1 т синтетического волокна от 2500 до 5000 м3. Промышленность поглощает 85% всей воды, расходуемой в городах, оставляя на хозяйственно-бытовые цели около 15%.
Еще больше воды необходимо для орошения. Постоянное увеличение водопотребления на планете ведет к опасности «водного голода», что обусловливает необходимость разработки мероприятий по рациональному использованию водных ресурсов.
Кроме высокого уровня расхода нехватка воды вызывается ее растущим загрязнением вследствие сброса в реки отходов промышленного и особенно химического производства и коммунальных сточных вод. Бактериальное загрязнение и ядовитые химические вещества (например, фенол) приводят к омертвению водоемов. Вредные последствия имеет также молевой сплав леса по рекам, который часто сопровождается заторами. При длительном пребывании древесины в воде она теряет деловые качества, а вымываемые из нее вещества губительно действуют на рыб.
В реки и озера поступают и вымываемые из почвы дождями минеральные удобрения — нитраты и фосфаты, которые в больших концентрациях способны резко изменять видовой состав водоемов, а также различные ядохимикаты — пестициды, используемые в сельском хозяйстве для борьбы с насекомыми-вредителями. Для аэробных организмов, обитающих в пресных водах, неблагоприятным фактором служит и сброс предприятиями теплых вод. В теплой воде кислород плохо растворяется и его дефицит может приводить многие организмы к гибели.
3. Загрязнение Мирового океана
Значительному загрязнению подвергаются воды морей и океанов. С речным стоком, а также от морского транспорта в моря поступают болезнетворные отходы, нефтепродукты, соли тяжелых металлов, ядовитые органические соединения, в том числе пестициды. Загрязнение морей и океанов достигает таких масштабов, что в ряде случаев выловленные рыбы и моллюски оказываются непригодными для употребления в пищу. ДДТ обнаружен даже в организме пингвинов, обитающих в Антарктиде.
4. Антропогенные изменения почвы. Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине. Открытый способ добычи дешев, так как избавляет от сооружения дорогостоящих шахт и сложной системы коммуникаций, а также повышает безопасность. Вырытые глубокие карьеры и отвалы грунта разрушают не только земли, подлежащие разработке, но и окружающие территории, при этом нарушается гидрологический режим местности, загрязняются воды, почва и атмосфера, снижается урожай сельскохозяйственных культур. В районах подземной добычи полезных ископаемых формируется провально-терриконовый тип местности. Эти две особенности рельефа тесно связаны друг с другом: провалы образуются в результате возникновения пустот под земной поверхностью, а терриконы — в тех местах, где складывается пустая порода. Терриконы (земляные конусы) возникают не только вокруг шахт, но и около заводов, электростанций и других промышленных предприятий. Они занимают много места, сильно пылят при ветре, а многие из них продолжают тлеть внутри, выделяя едкий дым и сернистый газ.
5. Влияние человека на растительный и животный мир
Воздействия человека на живую природу складываются из прямого влияния и косвенного изменения природной среды. Одна из форм прямого воздействия на растения и животных — рубка леса.
Выборочные и санитарные рубки, регулирующие состав и качество леса и необходимые для удаления поврежденных и больных деревьев, существенно не влияют на видовой состав лесных биоценозов. Другое дело — сплошная вырубка древостоя. Оказавшись внезапно в условиях открытого местообитания, растения нижних ярусов леса испытывают неблагоприятное влияние прямого солнечного излучения.
У тенелюбивых растений травянистого и кустарничкового ярусов разрушается хлорофилл, угнетается рост, некоторые виды исчезают. На местах вырубок поселяются светолюбивые растения, устойчивые к повышенной температуре и недостатку влаги. Меняется и животный мир: виды, связанные с древостоем, исчезают или мигрируют в другие места.
Ощутимое воздействие на состояние растительного покрова оказывает массовое посещение лесов отдыхающими и туристами. В этих случаях вредное влияние заключается в вытаптывании, уплотнении почвы и ее загрязнении. Уплотнение почвы угнетает корневые системы и приводит к засыханию древесных растений. Вытаптывание трав нарушает существенные этапы круговорота веществ, обрекая деревья на частичное голодание. Прямое влияние человека на животный мир заключается в истреблении видов, представляющих для него пищевую или другую материальную пользу.
Исчезновение сравнительно небольшого числа видов животных и растений может показаться не очень существенным. Однако главная ценность живущих ныне видов заключается не в их хозяйственном значении. Каждый вид занимает определенное место в биоценозе, в цепи питания, и заменить его не может никто. Исчезновение того или иного вида ведет к уменьшению устойчивости биоценозов. Еще важнее то, что каждый вид обладает уникальными, присущими только ему свойствами. Утрата генов, определяющих эти свойства и отобранных в ходе длительной эволюции, лишает человека возможности в будущем воспользоваться ими для своих практических целей (например, для селекции).
6. Радиоактивное загрязнение биосферы. Проблема радиоактивного загрязнения биосферы возникла в 1945 г. после взрыва атомных бомб, сброшенных на японские города Хиросиму и Нагасаки. Испытания ядерного оружия, производимые до 1962 г. в атмосфере, вызвали глобальное радиоактивное загрязнение. При взрыве атомных бомб возникает очень сильное ионизирующее излучение, радиоактивные частицы рассеиваются на большие расстояния, заражая почву, водоемы, живые организмы. Многие радиоактивные изотопы имеют длительный период полураспада, оставаясь опасными в течение всего времени своего существования.
Все эти изотопы включаются в круговорот веществ, попадают в живые организмы и оказывают губительное действие на клетки. Очень опасен стронций-90 вследствие своей близости к кальцию. Накапливаясь в костях скелета, он служит постоянным источником облучения организма. Радиоактивный цезий (137Cs) сходен с калием, его много в мышцах пораженных животных. Исследования показали, что в организме эскимосов Аляски, питающихся мясом северных оленей, в значительных количествах содержится цезий-137.
В настоящее время практически любая территория планеты от Арктики до Антарктиды подвержена многообразным антропогенным влияниям. Очень серьезный характер приобрели последствия разрушения природных биоценозов и загрязнения окружающей среды. Вся биосфера находится под все более усиливающимся давлением деятельности человека, поэтому актуальной задачей становятся природоохранительные мероприятия.
3. Экологические основы  рационального природопользования
Совершенствование ресурсных циклов базируется на ряде общих принципов, на основе которых строится природопользование в любой отрасли производства.
К ним относится принцип системного подход, который предусматривает комплексную всестороннюю оценку воздействия производства на среду и ее ответных реакций.
С позиции системного подхода ни один природный ресурс не может использоваться или охраняться независимо друг от друга. Так, например, повышение плодородия почв за счет орошения с помощью оросительных систем может привести к истощению водных ресурсов, которое необходимо предвидеть и предупредить.
Сбросы отходов в реку должны оцениваться по их воздействию не только на рыбу, но на биохимию данного водного объекта и всю систему водообеспечения района, где протекает эта река, включая тот водоем или водоток, куда эта река впадает.
Принцип оптимизации природопользования заключается в принятии наиболее целесообразных решений в использовании природных ресурсов и природных систем на основе одновременного экологического и экономического подходов, прогноза развития различных отраслей и географических регионов. В соответствии с этим принципом целесообразным является перемещение некоторых лесоперерабатывающих предприятий в восточные районы страны, ближе к запасам сырья, что снижает нагрузку на истощенные запасы древесины в европейской части РФ. Открытые карьерные способы разработки полезных ископаемых имеют ряд преимуществ перед шахтной добычей по степени максимального использования сырья, но приводят к утрате плодородных почв. Оптимальным при этом является сочетание открытых разработок с рекультивацией земель и восстановлением их плодородия.
Принцип опережения темпов заготовки и добычи сырья по сравнению с темпами выхода полезной продукции основан на снижении количества образующихся отходов в процессе
Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства заключается в том, что на базе имеющихся в данном экономическом районе сырьевых и энергетических ресурсов создаются территориально-производственные комплексы, которые позволяют более полно использовать указанные ресурсы и тем самым снизить вредную нагрузку на окружающую среду.
Такие территориально-производственные комплексы имеют специализацию, сконцентрированы на определенной территории, обладают единой производственной и социальной инфраструктурой (коммуникациями, потоками вещества и энергии, системой здравоохранения, сферой культуры) и совместными усилиями обеспечивают охрану окружающей среды. Примером может служить Канско-Ачинский теплоэнергетический комплекс (КАТЭК), базирующийся на крупных залежах углей. Такие территориально-производственные комплексы создают предпосылки для развития комплексных энерго- и ресурсосберегающих производств, для максимально возможной утилизации отходов и использования вторичных продуктов. Естественно, комплексы также оказывают вредное влияние на окружающую среду, но за счет комплексного использования ее ресурсов на основе концентрации производства, оптимизации природопользования, а также гармонизации взаимодействия техники с окружающей средой это воздействие существенно снижается. При этом увеличиваются вложения в компенсационные мероприятия с целью обеспечения качества окружающей среды и снижения ущерба, наносимого природе.
производства, т. е. на более полном использовании одного и того же количества исходного сырья. Он предполагает прирост продукции не за счет вовлечения в использование новых масс природных ресурсов, а за счет более полного их использования \ путем ресурсосбережения и совершенствования технологических процессов.
Принцип гармонизации отношений природы и производства соблюдается путем создания и эксплуатации природно-технических, геотехнических или эколого-экономических систем, представляющих собой совокупность какого-либо производства и взаимодействующих с ним элементов природной среды, обеспечивающих, с одной стороны, высокие производственные показатели, с другой — поддержание в зоне своего влияния благоприятной экологической обстановки, максимально возможное сохранение и воспроизводство естественных ресурсов.
В таких системах предусматривается прогнозирование нежелательных и опасных ситуаций, а также реализация мер по их предотвращению. Система имеет службу управления, задачей которой является своевременное выявление возможных вредных воздействий и внесение необходимых коррективов в тот или иной компонент системы (производство или окружающую среду).
Если обнаружено ухудшение состояния окружающей предприятие природной среды, служба управления принимает решение о необходимости остановить производственный процесс, уменьшив при этом объемы выбросов и сбросов.
Своевременное и точное обнаружение опасных ситуаций достигается непрерывным сбором информации о состоянии окружающей среды с помощью наблюдений за ее изменениями, вызванными антропогенными причинами, что позволяет  прогнозировать их развитие. Такие системы носят название мониторинга (от греческого "монитор" — впередсмотрящий).  Самые простые функции этих систем заключаются в контроле  загрязнения воздуха, воды, почвы, в наблюдениях за состоянием живых организмов, а непосредственно на предприятии — в, контроле стоков и пылегазовых выбросов. Получаемая информация анализируется руководством предприятия, принимающим необходимые технические решения.

Тема №2
1. Учение В.И. Вернадского о биосфере и живом веществе.
Понятие «биосфера» вошло в систему знаний о Земле сравнительно недавно — в начале прошлого столетия, когда в 1926 г. вышла в свет книга академика В.И. Вернадского «Биосфера». До тех пор слово «биосфера» хотя и употреблялось в работах австрийского геолога Э. Зюсса, тем не менее не привилось в науке сколько-нибудь прочно в силу недостаточной определенности содержания и, главное, недостаточной обоснованности того, что оно необходимо наряду с обозначениями давно известных геосфер. В книге В.И. Вернадского впервые на богатом фактическом материале было не только раскрыто содержание понятия «биосфера», но и показано, насколько это понятие важно для понимания сущности фактически всех происходящих на поверхности Земли явлений.
В работах В.И. Вернадского нет универсального, однажды данного понятия биосферы, которого бы ученый затем придерживался как единственного, но весь ход его рассуждений позволяет считать, что биосфера — это целостная геологическая оболочка Земли, заселенная жизнью и качественно преобразованная ею в направлении формирования и повышения жизнепригодных свойств. Организмы не просто живут на поверхности планеты, как в некоем обиталище, а тысячами нитей генетически и актуально связаны со своей средой процессами непрекращающегося обмена веществом и энергией.
Живые организмы являются функцией биосферы и теснейшим образом материально и энергетически с нею связаны, а также являются огромной геологической силой, ее определяющей. Природные тела только внешне кажутся обособленными и изолированными друг от друга. На самом деле они постоянно связаны динамичными «миграционными вихрями атомов», которые в конце концов способствуют существенному изменению взаимодействующих тел1, причем в условиях биосферы ведущим фактором этих изменений является живое вещество. Многочисленные исследования показали, что большинство материалов поверхности нашей планеты — фосфатов, карбонатов, кремнистых, галоидных, сернокислых, битуминозных и других пород — ограногенны по своей природе, т.е. в их формировании либо непосредственно, либо косвенно участвовали организмы1. Еще более заметно воздействие живого вещества на состояние атмосферы. Современный состав атмосферы создан и поддерживается в основном жизнедеятельностью организмов, а от состава атмосферы зависит взаимодействие земной поверхности с космическими факторами. Несчетное количество организмов населяет водную сферу и почву (педосферу) планеты, насыщая их продуктами своей жизнедеятельности, концентрируя в составе своих тел вещества, рассеянные в среде, и качественно меняя таким образом состав и свойства этих оболочек. При этом свойства компонентов неживой природы меняются столь существенно, что в отношении к живому выступают зачастую как противоположные тем, какие были раньше. Так, химически чистая вода убивает все живое, а вода, обогащенная веществами \ биогенного происхождения, служит важнейшим условием жизни.
2. Понятия «биосфера», «экосистема», «биогеоценоз», «биоценоз», «фитоценоз».

БИОСФЕРА (от био... и греч. sphaira — шар) — поверхность планеты, населенная организмами и качественно ими преобразованная в процессе обмена веществ в направлении формирования и поддержания свойств, пригодных для жизни. Термин введен в науку австрийским геологом Э. Зюссом (1875). ТЕОРИЯ БИОСФЕРЫ разработана акад. В.И. Вернадским (1926).
БИОЦЕНОЗ — биологическая система, состоящая из популяций различных видов растений, животных и микроорганизмов, населяющих определенную территорию и находящихся в тесном единстве по поводу обмена веществом, энергией и информацией.
БИОГЕОЦЕНОЗ — тесное симбиотическое единство организмов разных видов и абиотических условий их существования в результате непрерывных обменных процессов, поддерживающих жизнедеятельность. Понятие было введено в научный оборот биологом-лесоводом акад. В.Н. Сукачевым.
ЭКОСИСТЕМА — термин, введенный в науку А. Тенсли (1935) для обозначения устойчивого единства совокупностей различных видов организмов и окружающей их среды, связанных обменными процессами на основе питания и размножения.
3. Определение «биогеоценоза» по В.Н. Сукачеву
Биоценоз — совокупность совместно обитающих популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Термин «биоценоз» впервые применил Мебиус (1877), изучая группу организмов устричной банки, т. е. с самого начала это сообщество организмов было ограничено неким «географическим» пространством, в данном случае границами отмели. В дальнейшем это пространство было названо биотопом, под которым понимаются условия окружающей среды на определенной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы. Именно в этой окружающей среде существуют растительность, животный мир и микроорганизмы, составляющие биоценоз.
Компоненты биотопа не просто существуют рядом, а активно взаимодействуют между собой, создавая определенную биологическую систему, которую академик В. Н. Сукачев назвал биогеоценозом. В этой системе совокупность абиотических и биотических компонентов имеет «…свою, особую специфику взаимодействий» и «определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другим явлениями природы и представляющее собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении, развитии» (Сукачев, 1971). Схема биогеоценоза показана на рис. 1.

Термин «биогеоценоз» был предложен В. Н. Сукачевым в конце тридцатых годов. Представления Сукачева в дальнейшем легли в основу биогеоценологии — целого научного направления в биологии, занимающегося проблемами взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой.

4. Автотрофы и гетеротрофы, их взаимосвязь в экосистемах и роль в природе

Все организмы делятся на две большие группы — автотрофов и гетеротрофов.
АВТОТРОФЫ (буквально — самопитающие): 1) организмы, сами производящие необходимые им вещества; 2) организмы, функционально необходимые для обмена веществом и энергией в экосистемах как их начальное звено в трофических цепях. Будучи продуцентами, автотрофы являются единственным источником энергии для гетеротрофов.
ГЕТЕРОТРОФЫ — организмы, питающиеся органическим веществом, произведенным другими организмами. В экосистемах играют роль консументов.
Автотрофные организмы используют неорганические источники для своего существования, тем самым создавая органическую материю из неорганической. К таким организмам относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, синезеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии и др.
Гетеротрофные организмы потребляют только готовые органические вещества. К ним относятся все животные и человек, грибы и др. Гетеротрофы, потребляющие мертвую органику, называются сапротрофами (например, грибы), а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей — паразитами (например, клещи).
Поскольку организмы достаточно разнообразны по видам и формам питания, то они вступают между собой в сложные трофические взаимодействия, тем самым выполняя важнейшие экологические функции в биотических сообществах. Одни из них производят продукцию, другие потребляют, третьи — преобразуют ее в неорганическую форму. Их называют" соответственно: продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты — производители продукции, которой потом питаются все остальные организмы, — это наземные зеленые растения, микроскопические морские и пресноводные водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений.
Консументы — это потребители органических веществ. Среди них есть животные, употребляющие только растительную пищу, — травоядные (корова), или питающиеся только мясом других животных — плотоядные (хищники), а также употребляющие и то и другое — «всеядные» (человек, медведь).
Редуценты (деструкторы) — восстановители. Они воз вращают вещества из отмерших организмов снова в нежи вую природу, разлагая органику до простых неорганических соединений и элементов (например, на СО2, NO2 и Н2О). Возвращая в почву или в водную среду биогенные элементы, они, тем самым, завершают биохимический круговорот. Это делают в основном бактерии, большинство других микроорганизмов и грибы. Редуценты функционально это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсументами.

5. трофические цепи и экологические пирамиды.

Помимо видового разнообразия биоценозы характеризуются сложной пространственной структурой (рис. 17.12). Так, в каждом ярусе леса поселяются многочисленные животные, основной формой взаимоотношений которых, также, как и в других биоценозах, являются пищевые отношения.
Цепи питания. Ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей последующему, носит название цепи питания. Можно сказать также, что пищевая цепь, или цепь питания, — это перенос энергии от ее источника — растений — через ряд организмов путем поедания одних видов другими. Таким образом, цепи питания — это трофические связи между видами (от греч. trophos — питание). В основе цепей питания лежат зеленые растения, которыми питаются насекомые и позвоночные животные, в свою очередь служащие источником энергии и вещества для построения тела потребителей второго, третьего и других порядков. Общая их закономерность в том, что количестве особей, включенных в пищевую цепь, последовательно уменьшается, и численность жертв значительно больше численности их потребителей. Это происходит потому, что в каждом звене пищевой цепи, при каждом переносе энергии 80—90% ее теряется, рассеиваясь в форме теплоты. Это обстоятельство ограничивает число звеньев в цепи (обычно из 3—5). В среднем из 1 тыс. кг растений образуется 100 кг тела травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут построить из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники только 1 кг. Например, человек съедает большую рыбу. Ее пищу составляют мелкие рыбы, потребляющие зоопланктон, который живет за счет фитопланктона, улавливающего солнечную энергию.
Таким образом, для построения 1 кг тела человека требуется 10 тыс. кг фитопланктона. Следовательно, масса каждого последующего звена в цепи прогрессивно уменьшается.
Эта закономерность носит название правила экологической пирамиды (рис. 17.13). Различают пирамиду чисел, отражающую число особей на каждом этапе пищевой цепи, пирамиду биомассы — количество синтезированного на каждом уровне органического вещества и соответственно экологическую пирамиду — пирамиду энергии — количество энергии в пище. Все они имеют одинаковую направленность, различаясь в абсолютном значении цифровых величин. В реальных условиях цепи питания могут иметь разное число звеньев. Кроме того, цепи питания могут перекрещиваться, образуя сети питания. Почти все виды животных, за исключением очень специализированных в пищевом отношении, используют не один какой-нибудь источник пищи, а несколько (рис. 17.14). Чем больше видовое разнообразие в биоценозе, тем он устойчивее. Так, в цепи питания растения—заяц—лиса всего три звена. Но лиса питается не только зайцами, но и мышами и птицами. Общая закономерность состоит в том, что в начале пищевой цепи всегда находятся зеленые растения, а в конце — хищники. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, они медленнее размножаются, их число уменьшается. Виды, занимающие положение низших звеньев, хотя и обеспечены питанием, но сами интенсивно потребляются (мышей, например, истребляют лисы, волки, совы). Отбор идет в направлении увеличения плодовитости. Такие организмы превращаются в кормовую базу высших животных без всяких перспектив прогрессивной эволюции.
В любой геологической эпохе с наибольшей скоростью эволюционировали организмы, стоящие на высшем уровне в пищевых взаимоотношениях, например в девоне — кистеперые рыбы — рыбоядные хищники; в каменноугольном периоде — хищные стегоцефалы; в пермском — рептилии, охотившиеся на стегоцефалов. На протяжении всей мезозойской эры млекопитающие истреблялись хищными рептилиями и только вследствие вымирания последних в конце мезозоя заняли господствующее положение, дав большое число форм.
Пищевые отношения — самый важный, но не единственный тип отношений между видами в биоценозе. Один вид может влиять на другой разными путями. Организмы могут поселяться на поверхности или внутри тела особей другого вида, могут формировать среду обитания для одного или нескольких видов, влиять на движение воздуха, температуру, освещенность окружающего пространства. Примеры связей, влияющих на местообитания видов, многочисленны. Морские желуди — морские ракообразные, ведущие сидяче-прикрепленный образ жизни, нередко поселяются на коже китов. Личинки многих мух живут в коровьем навозе. Особенно большая роль в создании или изменении среды для других организмов принадлежит растениям. В зарослях растений, будь то лес или луг, температура колеблется в меньшей степени, чем на открытых пространствах, а влажность выше.
Нередко один вид участвует в распространении другого. Животные переносят семена, споры, пыльцу растений, а также других более мелких животных. Семена растений могут захватываться животными при случайном соприкосновении, особенно если семена или соплодия имеют специальные зацепки, крючки (череда, лопух). При поедании плодов, ягод, не поддающихся перевариванию, семена выделяются вместе с пометом. Млекопитающие, птицы и насекомые переносят на своем теле многочисленных клещей.
Все эти многообразные связи обеспечивают возможность существования видов в биоценозе, удерживают их друг возле друга, превращая в стабильные саморегулирующиеся сообщества.
Трофическая цепь - Графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в биоценозе, выраженное в единицах массы, численности особей или энергии.
Экологическая пирамида  - ряд взаимосвязанных видов, из которых каждый предыдущий служит пищей  последующему.

6. Экологические факторы биотические и абиотические. Их разнообразие.
Экологические факторы — это определенные условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм. Они подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные (рис. 2.1).
Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают физические, химические и эдафические.
Физические факторы — это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая — будет ожог, если очень низкая — обмораживание. На действие температуры могут повлиять и другие факторы: в воде — течение, на суше — ветер и влажность, и т. п.
Химические факторы — это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать (Мертвое море), но в то же время в пресной воде не могут жить большинство морских организмов. От достаточности содержания кислорода зависит жизнь животных на суше и в воде, и т. п.
Эдафические факторы, т. е. почвенные, — это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания, так и на корневую систему растений. Хорошо известны влияния химических компонентов (биогенных элементов), температуры, влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п на рост и развитие растений.
Однако не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как на внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.
Биотические факторы — совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (Хрусталев и др., 1996). В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом — прохладнее и влажнее. Особая микросреда создается также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т. п.
Особо следует отметить условия микросреды под снежным покровом, которая имеет уже чисто абиотическую природу. В результате отепляющего действия снега, которое наиболее эффективно при его толщине не менее 50—70 см, в его основании, примерно в 5-сантиметровом слое, живут зимой мелкие животные-грызуны, так как температурные условия для них здесь благоприятны (от 0 до -2 °С). Благодаря этому же эффекту сохраняются под снегом всходы озимых злаков — ржи, пшеницы. В снегу от сильных морозов прячутся и крупные животные — олени, лоси, волки, лисицы, зайцы и др. — ложась в снег для отдыха.                         \
Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты — термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.
Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны (см. рис. 2.1). Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:
нейтрализм — оба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга;
конкуренция — каждый из видов оказывает на другой неблагоприятное воздействие;
мутуализм — виды не могут существовать друг без друга;
протокооперация (содружество) — оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;
комменсализм — один вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид — хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);
аменсализм — один вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения;
паразитизм — паразитический вид тормозит рост и размножение своего хозяина и даже может вызвать его гибель;
хищничество — хищный вид питается своей жертвой.

7. Влияние экологических факторов на почвенную подстилку.
Почва — один из важнейших компонентов окружающей природной среды. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе — почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. К деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера.
В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена; их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосисте-мах всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его агрономических знаний, технической оснащенности, социально-экономических условий и т. д., а значит, остается непостоянным.
Например, в случае создания человеком монокультуры (пшеницы, свеклы, кукурузы и т. д.) в агроэкосистеме нарушается видовое разнообразие растительных сообществ. Агро-экосистема упрощается, объединяется и становится неустойчивой, не способной противостоять абиотическому или биотическому экологическому стрессу.
Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие:
1) эрозия (ветровая и водная);
2) загрязнение;
3) вторичное засоление и заболачивание;
4) опустынивание;
5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.
Эрозия почв (земель)
Эрозия почв (от лат. erosio — разъедание) — разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.
К эрозионным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.
Эрозия оказывает существенное негативное влияние на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает его полностью. Падает биологическая продуктивность растений, снижаются урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и др.
Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией понимают выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром.
Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют эрозионные процессы.
Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Первая проявляется в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях ветра.
Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20—30 м/с и более. Наиболее часто пыльные бури наблюдаются в засушливых районах (сухие степи, полупустыни, пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни, негативно влияют на все компоненты окружающей природной среды, загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно влияют на здоровье человека.
Отчуждение земель. Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов, линий связи), при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т. д. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Конечно, эти потери в связи с развитием цивилизации неизбежны, однако они должны быть сокращены до минимума.
Вторичное засоление и заболачивание почв. В процессе хозяйственной деятельности человек может усиливать природное засоление почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.
Во всем мире процессам вторичного засоления и осолонцевания подверженно около 30% орошаемых земель. Площадь
засоленных почв в России составляет 36 млн га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.
Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.
Опустынивание. Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание. По Б. Г. Розанову (1984), опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.
Всего в мире подвержено опустыниванию более 1 млрд га практически на всех континентах. Причины и основные факторы опустынивания различны. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.

Страниц: 1 2
Здесь вы можете написать комментарий

* Обязательные для заполнения поля
Все отзывы проходят модерацию.
Архив сайта
Навигация
Связаться с нами
Наши контакты

magref@inbox.ru

+7(951)457-46-96

О сайте

Magref.ru - один из немногих образовательных сайтов рунета, поставивший перед собой цель не только продавать, но делиться информацией. Мы готовы к активному сотрудничеству!