4. Влияние человека на природные экосистемы

Воздействие человека на окружающую его природную среду может рассматриваться в разных аспектах в зависимости от цели изучения этого вопроса. С точки зрения экологии представляет интерес рассмотрение воздействия человека на экологические системы под углом зрения соответствия или противоречия действий человека объективным законам функционирования природных экосистем. Исходя из взгляда на биосферу как глобальную экосистему, все многообразие видов деятельности человека в биосфере приводит к изменениям: состава биосферы, круговоротов и баланса слагающих ее веществ; энергетического баланса биосферы; биоты. Направленность и степень этих изменений таковы, что самим человеком им дано название экологического кризиса.

Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

- постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

- общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана;

- загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

- разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

- загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксины, тяжелые металлы, фенолы;

- опустынивание планеты;

- деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

- радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

- накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически неразлагающихся пластмасс;

- сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

- загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере;

- массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

- ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

- общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

- изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

- нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

Заключение

Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды оказались в центре внимания мировой общественности, встал вопрос: сколько времени в запасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды пренебрежительного отношения к окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это время настало. Мы стали свидетелями глобального экологического кризиса, спровоцированного деятельностью человека. Вместе с тем последние тридцать лет не прошли даром: создана более твердая научная основа понимания проблем окружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях, организованы многочисленные общественные экологические группы, приняты полезные законы и постановления, достигнуты некоторые международные договоренности. Однако ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди применяют все новые средства борьбы с загрязнениями на автомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы поставить под вопрос саму необходимость удовлетворения чрезмерных потребностей. Человечество безнадежно стремится спасти от вымирания несколько видов, не обращая внимание на собственный демографический взрыв, стирающий с лица земли природные экосистемы. Основной вывод из совершенно ясен: системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу. Чтобы принимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно:

- стабилизация численности населения;

- переход к более энерго- и ресурсосберегающему образу жизни;

- развитие экологически чистых источников энергии;

- создание малоотходных промышленных технологий;

- рециклизация отходов;

- создание сбалансированного сельскохозяйственного производства;

- сохранение биологического разнообразия на планете.

Экосистема - это понятие многоаспектное. Оно применяется как к естественным экосистемам, так и к искусственным. Наряду с этим понятием широко употребляются и другие. Так, группы особей называют популяциями, а совокупно обитающие популяции различных живых организмов, которые образуют исторически сложившиеся определенные сообщества, - биоценозом.

Список литературы

1. Коробкин В.И. Экология 2000г, М.: Просвещение, 2000.

2. Небел Б. Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2 т. - М.:Мир, 1993.

3. Никитин Д.П. Окружающая среда и человек, М.: Высш. шк., 1980.

4. Одум Ю. Экология: В 2 т. - М.: Мир, 1986.

5. Панов Е.Н. Поведение животных и этологическая структура популяций. М.:Просвещение, 1983.

6. Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник. - М.:Просвещение, 1992. - 320 с.

7. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. М.: Высш. шк., 1988. - 272 с.

(http://otherreferats.allbest.ru/ecology/00017010_0.html)

Понятие об экосистеме. Классификация природных экосистем и биом

Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями.

В любом конкретном местообитании запасов неорганических соединений, необходимых для поддержания жизнедеятельности населяющих его организмов, хватило бы ненадолго, если бы эти запасы не возобновлялись. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов, так и после их смерти.

Таким образом, сообщество образует с неорганической средой определенную систему, в которой поток атомов, вызываемый жизнедеятельностью организмов, имеет тенденцию замыкаться в круговорот.

В 1935 г. английским экологом А. Тенсли был предложен термин «Экосистема», что означает любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. Из данного определения следует, что неорганические факторы выступают как равноправные компоненты, и невозможно отделить организм от конкретной окружающей среды.

А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, хотя они не имеют определенного объёма и могут охватывать пространство любой протяженности.

В современной экологии выделяют микросистемы (ствол гниющего дерева), мезоэкосистемы (лес, пруд, озеро), макроэкосистемы (континент, океан) и глобальные экосистемы (биосфера Земли).

Ю. Одум (1986) выделяет три группы природных экосистем: наземные, пресноводные и морские.

Наземные экосистемы – это тундра, тайга, степи, пустыни и т.д.

Пресноводные – лентические (стоячие) воды: озёра, пруды, водохранилища; логические (текущие) воды: реки, ручьи и заболоченные угодья.

Морские экосистемы – это открытый океан, воды континентального шельфа, районы апвеллинга (с продуктивным рыболовством), эстуарии (бухты, устья рек, лиманы).

В 1977 г. американскими учеными была открыта уникальная экосистема глубоководных рифовых зон океана, характеризующаяся высокой биомассой живых организмов.

Экосистема – не просто сумма популяций и условий среды, а система взаимодействий между ними. Благодаря этим взаимодействиям у экосистем появляются новые свойства, главное из которых – способность к самоподдержанию. Экосистемы самоподдерживаются благодаря круговороту веществ и потоку энергии.

Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие запаса неорганических молекул в усвояемой форме и трёх функционально-различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Первое звено образуют так называемые продуценты, или производители. Это автотрофные, зеленые растения, которые в процессе фотосинтеза создают органические вещества, используя неорганические, и аккумулируют солнечную энергию.

Второе звено представлено консументами, т.е. потребителями – гетеротрофными организмами, питающимися растениями или другими гетеротрофами. Различают консументы первого порядка (растительноядные), второго порядка (плотоядные, питающиеся растительноядными), третьего порядка и т.д.

Третье звено – это редуценты, или диструкторы, – разрушители органических веществ (микроорганизмы, грибы и организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и минерализирующие его до неорганических соединений).

Классификация эта относительна. Так, и продуценты, и консументы выступают частично в роли редуцентов, выделяя в течение жизни в окружающую среду минеральные продукты обмена.

Звенья образуют прочные цени питания, формируя определенные трофические уровни.

Цепи питания – это цепи взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого вещества; каждое предыдущее звено является пищей для следующего.

Пищевой, или трофический уровень, – одно звено в цепи питания, представленное продуцентами, консументами и редуцентами. Разные трофические уровни различаются интенсивностью протекания потока веществ и энергии.

Первый трофический уровень – это всегда продуценты, создатели органической массы. Растительноядные консументы – второй трофический уровень. Плотоядные (питающиеся за счет растительноядных) – третий трофический уровень. Плотоядные (за счет других плотоядных) – четвертый трофический уровень и т.д. Таким образом, различают консументы 1-го, 2-го, 3-го и т.д. порядков.

В любой цепи питания не вся пища используется на рост особи, т.е. на накопление биомассы. Часть её расходуется на удовлетворение энергетических затрат организма: на дыхание, на движение, размножение, поддержание температуры тела.

При этом биомасса одного звена не может быть переработана последующим полностью. В противном случае исчезли бы ресурсы для развития живой материи. В каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы. Обычно чем больше масса начального звена, тем больше она в последующих звеньях. Это касается не только биомассы, но и численности особей, и запаса энергии.

Это явление было изучено Ч. Элтоном и названо пирамидой чисел, или пирамидой Элтона. Различают пирамиду численности, пирамиду биомассы и пирамиду энергии.

Из трёх типов экологических пирамид пирамида энергии дает наиболее полное представление о функциональной организованности сообществ, потому что количество и масса организмов зависят не от количества фиксированной энергии в данный момент на предыдущем уровне, а от скорости продуцирования пищи. Пирамида энергии отражает скорость прохождения массы пищи через пищевую цепь.

Изначально источником энергии является солнечная радиация. Лишь ничтожная ее часть (0,1–0,2% энергии получаемой Землей от солнца) улавливается зелеными растениями и обеспечивает весь биологический круговорот в биосфере. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется на жизнь растений и может быть использовано гетеротрофными организмами (консументами) при питании.

Энергетический баланс консументов складывается следующим образом: поглощенная пища обычно усваивается неполностью, неусвоенная часть вновь возвращается во внешнюю среду (в виде экскрементов) и в дальнейшем может быть вовлечена в другие цепи питания.

Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усвояемость пищевых материалов варьирует от 12–20% до 75%. Большая часть энергии используется на поддержание рабочих процессов в клетках, а продукты расщепления подлежат удалению из организма в составе экскрементов и С0₂, образующегося при дыхании. Энергетические затраты на поддержание всех метаболических процессов условно называют тратой на дыхание, так как общие их масштабы можно оценить, учитывая выделение С0₂ организмом.

Меньшая часть усвоенной пищи трансформируется в ткани самого организма, т.е. идет на рост и откладывание запасных питательных веществ, увеличение массы тела. Эти отношения сокращенно можно выразить формулой:

Р=П+Д+Н,

где Р – рацион консумента, т.е. количество пищи, съедаемой им за определенный период времени;

П – продукция, т.е. трата на рост;

Д – траты на дыхание, т.е. поддержание обмена веществ за тот же период;

Н – энергия неусвоенной пищи, выделенной в виде экскрементов.

Траты на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы самого организма. Конкретные соотношения зависят от стадии развития и физиологического состояния особей. У молодых траты на рост могут достигать значительных величин, тогда как взрослые особи используют энергию пищи почти исключительно на поддержание обмена веществ и созревание половых продуктов. Интенсивность питания снижается с возрастом.

Коэффициент использования потребленной пищи на рост (К) рассчитывается как отношение этих двух величин:

К=П/Р,

где И – траты на рост;

Р – количество пищи, съеденной за тот же период.

Таким образом, основная часть энергии, потребляемой с пищей, идет у животных на поддержание их жизнедеятельности и лишь небольшая – на построение тела, рост и размножение.

Трофические цепи, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания (или пастбищными), а цепи, которые начинаются с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов, – детритными цепями разложения.

Биом (англ. Biome от греч. bios – «жизнь» и лат. опта – суффикс, обозначающий «совокупность») – совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне. Классификация по Б. крупных региональных или субконтинентальных экосистем основана на типе растительности или основных стабильных физических чертах ландшафта. Наземные Б.: тундры, наземные хвойные леса, листопадные леса умеренной зоны, степи умеренной зоны, тропические степи и саванны, чапарраль и жестколистные леса, тропическое колючее редколесье (скрэб). Пресноводные Б.: лентические (озера, пруды), лотические (реки, ручьи), заболоченные угодья (болота, марши). Морские Б.: открытый океан (пелагическая), воды континентального шельфа (прибрежные воды), эструарии (прибрежные бухты, проливы, устья рек).

Круговорот воды в биосфере

Основных круговоротов веществ в природе два: большой (геологический) и малый (биогеохимический).

Большой круговорот обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли. Он осуществляется за счет перераспределения вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Сюда же относится круговорот веществ между сушей и океаном через атмосферу. Влага, испарившаяся с поверхности Мирового океана (на это затрачивается почти половина поступающей с поверхности Земли солнечной энергии), переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стока.

Подсчитано, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км³ воды. Весь запас воды на Земле распадается и восстанавливается за 2 млн лет.

Малый круговорот веществ совершается, в отличие от большого, лишь в пределах биосферы. В биосфере действует биогеохимический круговорот, представляющий собой обмен макро- и микроэлементов и простых неорганических веществ (С0₂, Н₂0) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы. Круговорот отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическим циклом.

Понятие биоценоза и биотопа

В природе популяции разных видов объединяются в макросистемы более высокого ранга – в так называемые сообщества, или биоценозы.

Биоценоз (от греч. «жизнь», «общий») – это организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды.

Термин «Биоценоз», как известно, был впервые использован немецким гидробиологом Карлом Мёбиусом (1877) для обозначения комплекса животных и растительных форм, постоянно встречающихся в различных пунктах одного и того же водного бассейна при наличии одинаковых условий существования, комплекса всегда тождественного состава.

Изучив устричные отмели у берегов Шлизвига, Мёбиус писал: «Каждая устойчивая банка некоторым образом есть община живых существ, отборов видов и сумма индивидуумов, которые именно на этом месте находят все условия, необходимые для их развития и существования, т.е. подходящий грунт, достаточную пищу, надлежащую соленость и выносимую и удобную для их развития температуру. Всякий живущий там вид представлен наибольшим числом индивидуумов, которые могут развиться при начальных условиях, потому что у всех видов число созревших индивидуумов данного периода размножения меньше суммы произведенных на свет зародышей».

Мёбиус выделил три наиболее характерные особенности биоценозов:

1.  Относительное соответствие между потребностями организмов, входящих в данное сообщество, и условиями их обитания на определенной площади.

2.  Взаимную обусловленность отдельных сочленов данного сообщества.

3.  Длительное существование сообщества.

Мёбиус отмечал наиболее характерную черту этих природных комплексов – тесную взаимосвязь их сочленов. Ссылаясь на собственные наблюдения и эксперименты, он отмечал, что исчезновение или появление в биоценозе даже одного какого-либо вида изменяет характер взаимосвязей его сочленов, а в конечном счете приводит к изменению самою биоценоза. Позже Мёбиус (1904), разрабатывая более детальную и подробную характеристику биоценозов, отмечал их огромное практическое значение для рыбоводства, лесного и сельского хозяйства.

Термин «Биоценоз», прижившийся сначала в гидробиологии, постепенно проник в ботанику, зоологию и в другие биологические науки. В современной экологической литературе это понятие чаще употребляется применительно к населению территориальных участков, которые на суше выделяют но относительно однородной растительности: биоценоз ельника-кисличника, биоценоз суходольного луга, биоценоз ковыльной степи и т.д.

В водной среде различают биоценозы, соответствующие экологическим подразделениям водоемов: биоценозы прибрежных галечных, песчаных или илистых фунтов, абиссальных, пелагических глубин и т.д.

По отношению к более мелким сообществам (населению пней, кочек, нор, стволов, листвы и т.д.) применяются разнообразные термины: микросообщества, биоценотические группировки и т.д. Принципиальной разницы между биоценотипическими группировками разных масштабов нет.

Кроме понятия «Биотоп» существует понятие «Экологическая ниша», которое было введено в 1917 г. И. Гринеллом для определения роли, которую играет тот или иной вид биоценоза. Под экологической нишей следует понимать образ жизни, и прежде всего, способ питания организма. Экологическая ниша – это совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. Она включает в себя химические, физиологические и биологические факторы, необходимые организму для жизни и определяемые его морфологической приспособленностью, физиологическими реакциями и поведением. По образному выражению Ю. Одума, термин «Экологическая ниша» относится к роли, которую играет организм в экосистеме. Иначе говоря, место обитания, т.е. биотоп - это адрес, тогда как ниша – «профессия» вида.

Отношения в биоценозе и его структура

По классификации В.Н. Беклемешева, прямые и косвенные межвидовые отношения по тому значению, которое они могут иметь для занятия видом в биоценозе определенной экологической ниши, подразделяются на 4 типа: трофические, топические, форические и фабрические.

Трофические связи возникают, когда один вид питается другим: либо живыми особями, либо их мертвыми остатками, либо продуктами жизнедеятельности.

Топические связи характеризуют изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Они могут быть отрицательными или положительными по отношению как к одному, так и другому виду, или обоим одновременно.

Форические связи – это участие одного вида в распространении другого (зоохория – перенос семени, спор, пыльцы; форезия – перенос мелких животных другими животными).

Фабрические связи – это отношения, в которые вступает вид, использующий для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения либо мертвые остатки, либо живых особей другого вида.

Трофические и топические связи имеют наибольшее значение в биоценозе, составляют основу его существования. На основе перечисленных связей возникают разнообразные биотические отношения, которые по классификации, предложенной Ю. Одумом, можно свести к следующим.

Формы биотических отношений

Тип взаимодействия	Виды		Общий характер взаимодействия
Нейтрализм	1	1	Ни одна популяция не влияет на другую
Конкуренция (непосредственное взаимодействие)	3	3	Прямое взаимное подавление обоих видов
Конкуренция (из-за ресурсов)	3	3	Непрямое подавление при дефиците общего ресурса
Аменсализм	3	1	Популяция 2 подавляет популяцию 1, но сама не испытывает отрицательного воздействия
Паразитизм	2	3	Популяция паразита 1 состоит из меньших по величине особей, чем популяция 2
Хищничество	2	3	Особи хищников 1 обычно крупнее, чем особи жертвы 2
Комменсализм	2	1	Популяция 1, комменсал, получает пользу от объединения; популяции 2 это объединение безразлично
Мутуализм	2	2	Взаимодействие благоприятно для обоих видов, обязательно
Протокооперация	2	2	Взаимодействие благоприятно для обоих видов, но необязательно

1 – отсутствие значительных взаимодействий;

2 – улучшение роста и другие выгоды для популяции;

3 – замедление роста и ухудшение условий популяции

Нейтрализм – это такая форма биотических отношений, при которой сожительство двух видов на одной территории не влечет для них ни положительных, ни отрицательных последствий. Виды не связаны друг с другом непосредственно, но зависят от состояния сообщества в целом.

Конкуренция – это взаимоотношения, возникающие между видами со сходными экологическими требованиями. Каждый вид при совместном обитании находится в невыгодном положении, так как присутствие другого уменьшает возможности овладения пищевыми ресурсами, убежищами и т.д.

Аменсализм – взаимоотношения, при которых для одного из двух взаимодействующих видов последствия совместного обитания отрицательны, а другой не получает от этого ни вреда, ни пользы. Такая форма чаще встречается у растений.

Паразитизм – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид (паразит) использует другой (хозяина) как среду жизни и как источник пищи.

Хищничество – форма межвидовых взаимоотношений, способ добывания пищи и питания животных (изредка растений), при котором они ловят, убивают и съедают других животных.

Мутуализм – взаимовыгодное сожительство разных видов. Типичный пример – сожительство рака-отшельника и актинии. Часто в литературе такой вид сожительства называют симбиозом. В широком смысле слова симбиоз означает сожительства вообще. А типы симбиоза могут быть разные: комменсализм, паразитизм, мутуализм и множество переходных форм.

Комменсализм, или нахлебничество, сотрапезничество – форма симбиоза, при которой один из партнеров системы (комменсал) питается остатками пищи или продуктами выделения другого (хозяина), не причиняя последнему вреда.

Когда поедание пищи комменсалами начинает вредить хозяину, комменсализм переходит в конкуренцию или в паразитизм.

Биоценозу, как и любой надорганизменной системе, свойственны закономерности в соотношении и связях его частей, т.е. определённая структура.

Структура биоценоза многопланова, и при ее изучении можно выделить различные аспекты: видовую, пространственную, экологическую характеристики.

Список литературы

1.   Даррелл Дж. «Перегруженный ковчег…» М.: Мысль, 1987.

2.   «Земля, экология, перестройка». М.: Книга, 1989.

3.   Одум Е. Экология. М.: Просвещение, 1968.

4.   Тимофеева Б.А. «Наедине с природой» Л.: Лениздат, 1971.

5.   Фарб П. «Популярная экология. М.: Мир, 1971.

6.   Агесс П. «Ключи к экологии». Л.: Гидрометиздат, 1982.

7.   Дали отчие, неоглядные / Сост. М. Вострышев, М.: Современник, 1988.

8.   Колпакова В.П., Овчаренко Н.Д., 2005, Изд-во АГАУ.

9. Алексеев В.А., «300 вопросов и ответов по экологии»

(http://bibliofond.ru/view.aspx?id=485542)