• Предмет биогеографии

Предмет – особенности растительного покрова и животного населения для разных территорий.

• Биогеография как пограничная наука.

Биогеография – пограничная наука, лежащая на стыке географии, биологии и экологии и использующая данные этих наук. Биогеография устанавливает особенности размещения отдельных видов растений и животных, а также особенности флоры и фауны отдельных областей; выделяет системы соподчиненных биогеографических районов на Земном шаре; исследует причины современного распределения организмов и выясняет их связи с окружающей средой. Региональная биогеография занимается сравнительным фито- и зооценотическим анализом разных территорий, классификацией биогеографических единиц (областей, провинций и т. д.).

• Биогеография представляет собой науку, пограничную между географией и биологией, поэтому она тесно связана с другими науками.

Как географическая наука она стремится установить связь между растительным покровом, животным миром с одной стороны и географическими условиями (климатом, рельефом, почвами) – с другой, чтобы получить обобщенную картину органического мира на Земле. Биогеография определяет также географические ареалы видов, родов и других таксономических категорий организмов, изучает законы их размещения в пределах ареала, разрабатывает методы картирования ареалов и изучения их структуры. Особое значение для биогеографии имеет ландшафтоведение – наука о природно-территориальных комплексах (ПТК). При отыскании причин современной организации жизни на Земле и распространении организмов биогеография черпает сведения и из исторической геологии и палеонтологи. Одновременно биогеография является биологической наукой, так как именно живые организмы составляют ее предмет. От ботаники и зоологии она заимствует флористическое и фаунистическое направление исследований, связанное с изучением флоры и фауны различных территорий, районированием суши и Мирового океана. Она определяет мировые биологические ресурсы, имеющие важнейшее значение для человечества. С биоценологией, изучающей сообщества и их распределение, биогеографию роднит комплексный подход к исследуемым объектам. В биоценологии, которая развивается на стыке биологических и географических отраслей знания, также используется комплексный подход к изучению живой природы. Таким образом, биогеография становится наукой о географическом распространении биогеоценозов и ее родство с биогеоценологией очевидно. На географическое распространение организмов непосредственное влияние оказывает среда обитания, поэтому биогеография тесно связана с экологией.

• Этапы развития (кратко)

Следующие этапы развития биогеографии и экологии: начало XVI — конец XVIII в. (продолжение накопления информации о животном и растительном мире Земли в условиях господства битблейского мифа о сотворении мира); конец XVIII — середина XIX в. (обобщение ботанико-географических и зоогеографических данных в свете теории катастроф); вторая половина XIX в. (бурное развитие ботанико-географических, зоогеографических и экологических исследований и возникновение биоценологии на основе теории эволюции Дарвина); первая половина XX в. (разработка учения о растительных сообществах, дальнейшее развитие экологического и исторического направлений ботанической географии, попытки создания единой биогеографии, формирование учения о биосфере); середина XX в.— наши дни (развитие единой биогеографии и ее экологизация, бурный рост экологических исследований во всем мире, изучение процессов, охватывающих биосферу в целом) (Воронов, 1987).

• Роль биогеографии

Современная экологическая ситуация в мире, с которой тесно связаны проблемы охраны и воспроизводства биологических ресурсов, сложилась в результате действия следующих факторов: усложнение и количественный рост антропосистемы; достигнутый уровень промышленности и сельского хозяйства; недостаточность внимания со стороны многих парламентов и правительств к проблемам экологии; слабый в ряде случаев контроль за состоянием биологических ресурсов или вообще его отсутствие; неполнота научного познания организации и распределения жизни на Земле, экологическая и биогеографическая безграмотность большинства населения Земли, включая специалистов, разрабатывающих тот или иной «глобальный» проект преобразования природы. Особо необходимо подчеркнуть значение просветительской деятельности.

В связи со сложившейся экологической ситуацией одной из важнейших проблем природопользования на современном этапе является улучшение качества окружающей среды. Достижение только количественных результатов в использовании естественных ресурсов во многих случаях уже привело к необратимой деградации природной среды. Наглядным примером служит увеличение площади мелиорируемых земель для роста сельскохозяйственного производства. Качество природной среды в данном случае было принесено в жертву количественным результатам.

Что же понимать под качеством окружающей среды? В частных случаях качество отдельных компонентов среды может быть соотнесено с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих веществ, содержащихся в воде, почве, воздухе, растениях, с учетом их суммирующего, сингенетического и антагонистического воздействия прежде всего на человеческий организм. На аграрных территориях критерием качества может служить соответствие

специализации и системы ведения сельского хозяйства природной основе этой территории, особенно если она мелиорирована. Там, где такого соответствия нет, необходимо предусматривать ограничения в сельскохозяйственном использовании земель. Например, на торфяниках Припятского Полесья, подстилаемых кварцевыми песками, которые способствуют быстрой сработке торфа и загрязнению подземных вод продуктами этой сработки, а также и пестицидами, нецелесообразно интенсивное ведение сельского хозяйства. В данном случае кварцевые пески очень быстро оказываются на поверхности, а грунтовые воды загрязненными. Ограниченный режим в использовании земельных ресурсов необходим и для территорий с густой сетью малых рек, обилием ключей, родников и минеральных источников. Естественно, ограниченный режим природопользования (вплоть до полного запрещения использования природных ресурсов) необходим для территорий, где сложилась неблагоприятная для человека экологическая ситуация. Особенно это касается территорий, загрязненных радионуклидами, тяжелыми металлами и различными химическими веществами, которые вызывают заболевания человека.

Важнейшими критериями качества окружающей среды служит состояние здоровья населения и сохранность видового разнообразия и численности биоты.

Биогеография, как и экология, является научной основой охраны и рационального использования биологических ресурсов мира и его отдельных регионов. Если прикладная задача экологии — контроль за качественным состоянием природной среды, то биогеографии — сохранение всего видового богатства органической жизни на Земле. Развитие обеих наук обеспечивает не только разработку, но и реализацию конкретных проектов, направленных на охрану биологических ресурсов от истощения. Биогеография призвана ответить на три главных вопроса, что следует, охранять, на какой территории и как?

Ответ на первый вопрос можно получить только при условии «инвентаризации» биоты конкретных территорий, т. е. при выявлении ее видового состава, учете численности и картографировании. Для осуществления этих исследований в биогеографии используются различные методы: сравнительно-географический (сравнение особенностей биоты различных территорий), экологический (установление взаимодействия организмов и их сообществ с окружающей средой), количественный (определение численности особей, биомассы и продуктивности сообществ), исторический (выявление эволюционного развития органического мира) и картографический (отражение на картах и схемах закономерностей распределения организмов и их сообществ). На знании географического распространения видов внутри ареала основаны заготовка лекарственного и технического сырья, добыча пушных зверей и дичи, использование естественных кормовых угодий, выявление новых полезных растений и животных, борьба с вредителями сельского и лесного хозяйства, а также с возбудителями многих заболеваний человека инфекционной и паразитической природы.

К настоящему времени с использованием перечисленных методов достаточно хорошо изучены цветковые и папоротникообразные растения, млекопитающие и птицы. В более полном исследовании нуждаются мхи, грибы, бактерии и большинство групп беспозвоночных. Естественно, накапливаемая новая информация не только полезна для развития биогеографии как науки, но и имеет большое практическое значение. Она позволяет уточнить нормы и сроки использования растительного покрова и животного населения с учетом особенностей географических условий в конкретном регионе.

В процессе «инвентаризации» биоты выявляются также представители флоры и фауны, которым угрожает исчезновение в результате хозяйственной деятельности человека на конкретных территориях или на всей площади ареала. В этом случае требуется предпринимать незамедлительные усилия в международном масштабе по сохранению на планете видов, потеря которых уже очевидна.

Ответ на второй вопрос, т. е. на какой территории охранять представителей флоры и фауны, довольно сложен. В пределах своего ареала вид распространен довольно неравномерно, и, разумеется, охранять его целесообразнее там, где он имеет максимальную плотность и откуда возможно его расселение. В отношении наиболее ценных, с позиций человека, отдельных видов такой подход и осуществляется. Задача значительно усложняется, когда охране подлежат несколько, а в некоторых случаях, например при сельскохозяйственном освоении обширных территорий большинство представителей элементарных флор и фаун В данной ситуации необходимо создание охраняемых территорий: заповедников, заказников, природных парков и др. Решить эту задачу можно с помощью биогеографически оптимальной организации территории. Следует иметь в виду, что в сложившуюся к настоящему времени систему охраняемых территорий обычно уже включены наиболее примечательные природные объекты, которые по каким-либо причинам географического и экономического порядка не могли быть изменены человеком. Эта система охраняемых территорий по мере роста численности населения и экономико-географических преобразований должна постоянно пополняться новыми охраняемыми объектами.

Концепции оптимальной организации территории, в которых учтены экологические и биогеографические аспекты охраны природы, предложены многими отечественными и зарубежными учеными. Их объединяет мысль о необходимости сохранения и развития в качестве экологического «противовеса» урбанизированным районам территорий с преобладанием природных систем.

Наиболее приемлема для охраны биоты концепция поляризованного ландшафта, которая позволяет реализовывать природоохранные идеи. Ее суть заключается в признании существования двух полюсов, один из которых — крупный промышленный центр, город с прилежащими к нему территориями или интенсивно используемые сельскохозяйственные земли, другой — естественный, не нарушенный хозяйственной деятельностью человека ландшафт со свойственным ему многообразием флоры и фауны. Концентрирование отрицательных воздействий на природу на относительно ограниченных участках суши (хотя, возможно, и большой размерности) облегчает задачу сохранения природных систем в других районах, удаленных от зон активной деятельности человека.

Вместе с тем ухудшение качества окружающей человека среды в урбанизированных районах выдвигает в ряд наиболее важных задач создание оптимальных условий для труда и отдыха горожан. В организации отдыха населения городов большую роль играет состояние пригородных зеленых зон, в частности лесных массивов — «легких» городов. Загрязнение промышленными отходами атмосферного воздуха, водных источников и почв, а также возрастающая рекреационная нагрузка на пригородные леса ставит нередко под угрозу целостность лесных экосистем, вызывая нежелательные сдвиги в их развитии, а иногда и полную деградацию. Развитие промышленного центра (центра урбанизации) порождает чрезвычайно трудную проблему реорганизации сопредельных территорий, на которых сохранились естественные экосистемы, применительно к интересам данного центра. Реорганизация предполагает оптимальное размещение рекреационных, лечебно-оздоровительных, спортивных и других специализированных учреждений или совершенствование их деятельности. При этом охрана биоты выступает необходимым условием.

Выбор территорий, подлежащих охране, определяется необходимостью сохранения отдельных видов растений и животных или их сообществ, основных экологических характеристик природных условий, привычного для человека облика природы. Большое значение приобретает также заповедание в научных целях территорий, биота которых является эталоном для природной зоны или географического региона. Система охраняемых объектов должна включать и. территории, на которых целесообразно восстановление природных систем, измененных человеком. Конечным результатом функционирования этих восстановительных заповедников (сепартеров) будет воссоздание естественных сообществ.

Ответить на третий вопрос — как охранять? — также трудно. Даже идеальная организация заповедника или другой охраняемой территории еще не гарантирует успех в сохранении биоты и ее развитие в естественном ритме. Необходима прежде всего единая система, объединяющая охраняемые территории и обеспечивающая возможность взаимного обогащения их генетического фонда. Она предполагает наличие природных русл миграции видового разнообразия флоры и фауны (долин крупных или малых рек, систем островных лесных участков и лесополос, естественных и искусственных водоемов и т. д.). Эти русла не должны совпадать с «осями урбанизации» (например, автомагистралями, железными дорогами, водно-транспортными системами) или пересекаться ими. Определение природных русл и поиск оптимального варианта организации территории для целей народного хозяйства и охраны природы возможны только на основе глубоких научных исследований.

Таким образом, решение современных сложных проблем охраны органической жизни на Земле требует от биогеографии и экологии более полного изучения географии всех групп организмов и среды их обитания. В свою очередь, оно будет способствовать совершенствованию методики биогеографических и экологических исследований и расширению арсенала средств научного познания сущности жизни на Земле и ее организации.

• Разделы биогеографии:

• география организмов, включая географию микроорганизмов, географию растений (фитогеографию), географию животных (зоогеографию), а также общую географию организмов

• география растительного покрова и животного населения, включая географию микробоценозов, географию фитоценозов (географию растительного покрова), географию зооценозов (географию животного населения) и географию биоценозов.

• Основные понятия

Флора — исторически сложившаяся совокупность видов растений, распространённых на конкретной территории или на территории с определёнными условиями в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.

Фауна — исторически сложившаяся совокупность видов животных, обитающих в данной области и входящих во все её биогеоценозы.

Биота— исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи.

Растительность — совокупность фитоценозов определённой территории или всей Земли в целом. В отличие от флоры, которая характеризуется только видовым составом, растительность характеризуется и видовым составом, и численностью особей (причём как в отдельных растительных таксонах, так и в целом для рассматриваемой территории), и особенностями сочетания представителей различных растительных таксонов, и экологическими связями между ними.

Биоценоз — это совокупность животных, растений, грибов и микроорганизмов, что заселяют определённый участок суши или акватории, они связаны между собой и со средой. Биоценоз — это динамическая, способная к саморегулированию система, компоненты (продуценты, консументы, редуценты) которой взаимосвязаны. Один из основных объектов исследования экологии. Биоценоз — это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоёма).

Биом — совокупность экосистем одной природно-климатической зоны.

• Понятие о биосфере по Вернадскому

Биосфера по Вернадскому – это область распространения жизни, включающая наряду с организмами среду их обитания (нижнюю часть атмосферы, верхнюю часть литосферы, гидросферу), связанная в единое целое обменом веществ и энергии. БИОСФЕРА, является геологической оболочкой Земного шара. Наиболее благоприятные условия сконцентрированы у поверхности суши и воды, поэтому здесь максимально сконцентрировано «живое вещество».

Центральным пунктом изучения в теории Вернадского является понятие о живом веществе, т.е. совокупности всех живых организмов. Кроме живого вещества Вернадский выделял еще косное вещество (воздух, вода, минералы). Между живым веществом и косным находятся биокосные вещества (остатки живых организмов, например, навоз).

Вернадский выдвинул предположение, что живые организмы сами по себе эволюционируют. Он поставил вопрос: «Есть ли у жизни начало?», на который он отвечает в поддерживаемой им концепции вечной жизни о том, что Земля существует вечно, и поэтому жизнь на ней не имеет начала.

В структуре биосферы Вернадский выделял семь видов вещества:

• живое;

• биогенное (возникшее из живого или подвергшееся переработке);

• косное (абиотическое, образованное вне жизни);

• биокосное (возникшее на стыке живого и неживого; к биокосному, по Вернадскому, относится почва);

• вещество в стадии радиоактивного распада;

• рассеянные атомы;

• вещество космического происхождения.

Вернадский был сторонником гипотезы панспермии. Методы и подходы кристаллографии Вернадский распространял на вещество живых организмов. Живое вещество развивается в реальном пространстве, которое обладает определённой структурой, симметрией и дисимметрией. Строение вещества соответствует некоему пространству, а их разнообразие свидетельствует о разнообразии пространств. Таким образом, живое и косное не могут иметь общее происхождение, они происходят из разных пространств, извечно находящихся рядом в Космосе. Некоторое время Вернадский связывал особенности пространства живого вещества с его предполагаемым неевклидовым характером, но по неясным причинам отказался от этой трактовки и стал объяснять пространство живого как единство пространства-времени.

Специфика живого вещества заключается в следующем:

• Живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной маткой. В неорганическом мире по количеству свободной энергии с живым веществом могут быть сопоставлены только недолговечные незастывшие лавовые потоки.

• Резкое отличие между живым и неживым веществом биосферы наблюдается в скорости протекания химических реакций: в живом веществе реакции идут в тысячи и миллионы раз быстрее.

• Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения – белки, ферменты и пр. – устойчивы только в живых организмах (в значительной степени это характерно и для минеральных соединений, входящих в состав живого вещества).

• Произвольное движение живого вещества, в значительной степени саморегулируемое. В. И. Вернадский выделял две специфические формы движения живого вещества: а) пассивную, которая создается размножением и присуща как животным, так и растительным организмам; б) активную, которая осуществляется за счет направленного перемещения организмов (она характерна для животных и в меньшей степени для растений). Живому веществу также присуще стремление заполнить собой все возможное пространство.

• Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Кроме того, в отличие от неживого абиогенного вещества живое вещество не бывает представлено исключительно жидкой или газовой фазой. Тела организмов построены во всех трех фазовых состояниях.

• Живое вещество представлено в биосфере в виде дисперсных тел – индивидуальных организмов. Причем, будучи дисперсным, живое вещество никогда не находится на Земле в морфологически чистой форме – в виде популяций организмов одного вида: оно всегда представлено биоценозами.

• Живое вещество существует в форме непрерывного чередования поколений, благодаря чему современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых эпох. При этом характерным для живого вещества является наличие эволюционного процесса, т. е. воспроизводство живого вещества происходит не по типу абсолютного копирования предыдущих поколений, а путем морфологических и биохимических изменений.

• Масса живого вещества и ее продукция в биосфере

Точную массу и объем биосферы установить очень трудно, поскольку неизвестны точные положения ее вертикальных границ. Можно говорить только о приближенных значениях этих характеристик.

Итак, масса всей биосферы (атмосфера + гидросфера + литосфера в границах биосферы) составляет 3•109 млрд т, или 0,05% массы Земли, а объем — 10 млрд км3, или 0,4% объема Земли. Масса живого вещества в биосфере близка к 2—3 трлн т, что соответствует 0,7-1,0 • 10-4 % массы биосферы. Масса человечества, которая включается в массу живого вещества в биосфере, приближается к 0,25 млрд т. Фотосинтезирующим живым организмам, в основном зеленым растениям, принадлежит примерно 99% всей массы живого вещества.

Живые организмы, используя солнечную энергию, способны накапливать ее в органическом веществе, т. е. создавать продукцию. Выделяют первичную продукцию — органическое вещество, создаваемое растениями за единицу времени (год), и вторичную продукцию — увеличивающуюся биомассу животных — потребителей первичной органической продукции. Оба вида продукции измеряются массой либо полученного сухого вещества, либо содержащегося в продукции углерода, либо энергией, эквивалентной данной биомассе в джоулях (Дж).

Кроме того, различают валовую (общую) первичную продукцию, которая соответствует общей массе углерода, поглощенного автотрофами, и чистую первичную продукцию — разность между валовой продукцией и потерями ее на собственные нужды растений. Валовая первичная продукция эквивалентна части солнечной энергии, поглощенной этими организмами. Она составляет 1% общей энергии (около 21 • 1020 кДж), ежегодно получаемой Землей (Рамад, 1981). Чистая первичная продукция представляет собой продуктивность (урожайность) растительного покрова.

Общая продукция биосферы Земли оценивается 175 млрд т сухого органического вещества в год. Продукция, как и биомасса растений и животных больших биомов, изменяется в значительных пределах. Наибольшее значение первичной растительной продукции характерно для влажных тропических лесов.

Здесь же сосредоточена наибольшая биомасса растений. В связи с суровыми климатическими условиями тундра и пустыни, включая полярные, имеют минимальные продукционные показатели. Во влажных тропических вечнозеленых лесах максимальна и биомасса животных. Однако вторичная продукция животного населения наибольшая не в этом биоме, а в саваннах и степях. В гидросфере самые большие значения первичной и вторичной продукции, а также зоомассы характерны для открытого океана.

Анализ первичной продукции и биомассы растений и животных по крупным биомам суши позволяет оценить биологические ресурсы биосферы и избежать ошибок в планировании их использования и возобновления.

• Роль организмов в круговороте основных элементов в биосфере

Каждое животное или растение является звеном в цепях питания своей экосистемы, обменивается веществами с неживой природой, а следовательно — включено в круговорот веществ биосферы. Химические элементы в составе различных соединений циркулируют между живыми организмами, атмосферой и почвой, гидросферой и литосферой. Начавшись в одних экосистемах, круговорот заканчивается в других. Вся биомасса планеты участвует в круговороте веществ, это придает биосфере целостность и устойчивость. Живые организмы существенно влияют на перемещение и превращение многих соединений. В биологическом круговороте задействованы прежде всего элементы, входящие в состав органических веществ: С, N, S, Р, О, Н, а также ряд металлов (Fe, Ca, Mg и др.).

Циркуляция соединений осуществляется в основном за счет энергии Солнца. Зеленые растения, аккумулируя его энергию и потребляя из почвы минеральные соединения, синтезируют органические вещества. Органика распространяется в биосфере по цепям питания. Редуценты разрушают растительную и животную органику до минеральных соединений, замыкая биологический цикл.

В верхних слоях океана и на поверхности суши преобладает образование органического вещества, а в почве и глубинах моря — его минерализация. Миграция птиц, рыб, насекомых способствует и переносу накопленных ими элементов. Существенно на круговорот элементов влияет деятельность человека.

Круговорот углерода. В процессе фотосинтеза растения поглощают углерод в составе углекислого газа. Продуцируемые ими органические вещества содержат значительное количество углерода, распространяющегося в экосистеме по цепям питания. В процессе дыхания организмы выделяют углекислый газ. Органические остатки в море и на суше минерализуются редуцентами. Один из продуктов минерализации — углекислый газ — возвращается в атмосферу, замыкая цикл.

В течение 6-8 лет живые существа пропускают через себя весь углерод атмосферы. Ежегодно в процесс фотосинтеза вовлекается до 50 млрд. т углерода. Часть его накапливается в почве и на дне океанов — в скелетах водорослей и моллюсков, коралловых рифах. Существенный запас углерода содержится в составе осадочных пород. На основе ископаемых растений и планктонных организмов сформированы месторождения каменного угля, органогенного известняка и торфа, природного газа и, возможно, нефти (некоторые ученые предполагают абиогенное происхождение нефти). Природное топливо при сгорании пополняет количество атмосферного углерода. Ежегодно содержание углерода в атмосфере увеличивается на 3 млрд. т и может нарушить устойчивость биосферы. Если темп прироста сохранится, то интенсивное таяние полярных льдов, вызванное парниковым эффектом углекислого газа, приведет к затоплению обширных прибрежных территорий по всему миру.

Круговорот азота. Значение азота для живых организмов определяется в основном его содержанием в белках и нуклеиновых кислотах. Азот, как и углерод, входит в состав органических соединений, круговороты этих элементов тесно связаны. Главный источник азота — атмосферный воздух. Благодаря фиксации живыми организмами азот поступает из воздуха в почву и воду. Ежегодно синезеленые связывают около 25 кг/га азота. Эффективно фиксируют азот и клубеньковые бактерии.

Растения поглощают соединения азота из почвы и синтезируют органические вещества. Органика распространяется по цепям питания вплоть до редуцентов, разлагающих белки с выделением аммиака, преобразующегося далее другими бактериями до нитритов и нитратов. Аналогичная циркуляция азота происходит между организмами бентоса и планктона. Денитрифицирующие бактерии восстанавливают азот до свободных молекул, возвращающихся в атмосферу. Небольшое количество азота фиксируется в виде оксидов молниевыми разрядами и попадает в почву с атмосферными осадками, а также поступает от вулканической деятельности, компенсируя убыль в глубоководные отложения. Азот поступает в почву также в виде удобрений после промышленной фиксации из воздуха атмосферы.

Круговорот азота — более замкнутый цикл, нежели круговорот углерода. Лишь незначительное его количество вымывается реками или уходит в атмосферу, покидая границы экосистем.

Круговорот серы. Сера входит в состав ряда аминокислот и белков. Соединения серы поступают в круговорот в основном в виде сульфидов из продуктов выветривания пород суши и морского дна. Ряд микроорганизмов (например, хемосинтезирующие бактерии) способны переводить сульфиды в доступную для растений форму — сульфаты. Растения и животные отмирают, минерализация их остатков редуцентами возвращает соединения серы в почву. Так, серобактерии окисляют до сульфатов образующийся при разложении белков сероводород. Сульфаты способствуют переводу труднорастворимых соединений фосфора в растворимые. Количество минеральных соединений, доступных растениям, возрастает, улучшаются условия для их питания.

Ресурсы серосодержащих полезных ископаемых весьма значительны, а избыток этого элемента в атмосфере, приводящий к кислотным дождям и нарушающий процессы фотосинтеза вблизи промышленных предприятий, уже беспокоит ученых. Количество серы в атмосфере существенно увеличивается при сжигании природного топлива.

Круговорот фосфора. Этот элемент содержится в ряде жизненно важных молекул. Его круговорот начинается вымыванием фосфорсодержащих соединений из горных пород и поступлением их в почву. Часть фосфора уносится в реки и моря, другая — усваивается растениями. Биогенный круговорот фосфора происходит по общей схеме: продуценты®консументы®редуценты.

Значительные количества фосфора вносятся на поля с удобрениями. Около 60 тыс. т фосфора ежегодно возвращается на материк с выловом рыбы. В белковом рационе человека рыба составляет от 20% до 80%, некоторые малоценные сорта рыб перерабатываются на удобрения, богатые полезными элементами, в т. ч. фосфором.

Ежегодная добыча фосфорсодержащих пород составляет 1-2 млн. т. Ресурсы фосфорсодержащих пород пока велики, но в будущем человечеству, вероятно, придется решать проблему возвращения фосфора в биогенный круговорот.

Природные ресурсы. Возможность нашей жизни, ее условия находятся в зависимости от природных ресурсов. Биологические и особенно пищевые ресурсы служат материальной основой жизни. Минеральные и энергетические ресурсы, включаясь в производство, служат основой стабильного уровня жизни.

Ресурсы принято делить на неисчерпаемые и исчерпаемые. Энергия Солнца и ветра, атмосферный воздух и вода практически неисчерпаемы. Однако при современном неэкологичном промышленном производстве воду и воздух можно лишь условно считать неисчерпаемыми ресурсами. Во многих районах в связи с загрязнением возник дефицит чистой воды и воздуха. Для того, чтобы эти ресурсы оставались неисчерпаемыми, необходимо бережное отношение к природе.

Исчерпаемые ресурсы делят на невозобновляемые и возобновляемые. К невозобновляемым относятся утраченные виды животных и растений, большинство полезных ископаемых. Возобновляемыми ресурсами являются древесина, промысловые животные и рыбы, растения, а также некоторые полезные ископаемые, например, торф.

Интенсивно потребляя природные ресурсы, человеку необходимо соблюдать природное равновесие. Сбалансированность ресурсов в круговороте веществ определяет устойчивость биосферы.

• (см. 10 вопр.)

• Трофический уровень — условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы.

В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем.

Продуценты — организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических, то есть, все автотрофы. Это, в основном, зелёные растения (синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фотосинтеза), однако некоторые виды бактерий-хемотрофов способны на чисто химический синтез органики без солнечного света. Продуценты являются первым звеном пищевой цепи.

Консументы— гетеротрофы, организмы, потребляющие готовые органические вещества, создаваемые автотрофами (продуцентами). В отличие от редуцентов, консументы не способны разлагать органические вещества до неорганических.

Консументы первого порядка — растительноядные гетеротрофы (травоядные животные, паразитические растения), питаются непосредственно продуцентами биомассы.

Консументы второго порядка — хищные гетеротрофы (хищники, паразиты хищников), питаются консументами первого порядка.

Редуценты (также деструкторы, сапротрофы, сапрофиты, сапрофаги) — микроорганизмы (бактерии и грибы), разрушающие отмершие остатки живых существ, превращающие их в неорганические соединения и простейшие органические соединения.

• Биохимические провинции - это территории на земной поверхности, где на избыточное или недостаточное содержание макро- или микроэлементов в почве имеется специфическая реакция флоры и фауны.

Классификация биогеохимических провинций

• Естественные биогеохимические провинции.

• Искусственные биогеохимические провинции.

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРЫ- организмы, которые реагируют на изменения окружающей среды своим присутствием или отсутствием, изменением внешнего вида, химического состава, поведения.

При экологическом мониторинге загрязнений использование Б.и. часто дает более ценную информацию, чем прямая оценка загрязнения приборами, так как Б.и. реагируют сразу на весь комплекс загрязнений. Кроме того, обладая <памятью>, Б.и. своими реакциями отражают загрязнения за длительный период. На листьях деревьев при загрязнении атмосферы появляются некрозы (отмирающие участки). По присутствию некоторых устойчивых к загрязнению видов и отсутствию неустойчивых видов (например, лишайников) определяется уровень загрязнения атмосферы городов.

При использовании Б.и. важную роль играет способность некоторых видов аккумулировать загрязняющие вещества. Последствия аварии на Чернобыльской АЭС были зафиксированы в Швеции при анализе лишайников. Сигнализировать о повышенном содержании бария и стронция в окружающей среде могут береза и осина неестественно зеленым цветом листьев. Аналогично в ареале рассеяния урана вокруг месторождений лепестки иван-чая становятся белыми (в норме - розовые), у голубики темно-синие плоды приобретают белый цвет и т. д.

• Программа «человек и биосфера»

Программа МАБ создана в 1971 г. для решения глобальных противоречий, возникающих в сфере окружающей среды и развития.

В рамках программы по всему миру создана сеть биосферных резерватов (БР), которые охватывают все основные мировые экосистемы. Каждый из резерватов состоит, по меньшей мере, из одной заповедной зоны, а также прилегающих к ней буферной зоны и зоны сотрудничества. В общей сложности по состоянию на декабрь 2009 г. во Всемирную сеть входит 553 биорезервата в 107 странах.

Под руководством директора Института экологии растений и животных Уральского отделения РАН академика В.Н. Большакова (член Комиссии Российской Федерации по делам ЮНЕСКО) успешно работает Российский комитет (РК) Программы МАБ. Российский представитель, заместитель Председателя РК МАБ В.М. Неронов является вице-президентом руководящего органа Программы — Международного координационного совета.

Комитет представляет Российскую Федерацию в двух региональных сетях МАБ — Европейской и Восточно-Азиатской.

• Миграция животных — передвижение животных организмов, вызванное изменением условий существования или в связи с прохождением цикла развития.

Инвазия – вселение новых видов на территории, где они ранее отсутствовали, которое происходит (в отличие от интродукции) без сознательного участия человека.

• Интродукция— преднамеренное или случайное переселение особей какого-либо вида животных и растений за пределы естественного ареала в новые для них места обитания и введение, таким образом, в экосистему чуждого ей вида.

Акклиматизация — приспособление организмов к новым условиям существования после территориального, искусственного или естественного перемещения с образованием стабильных воспроизводящихся групп организмов (популяций); частным случаем акклиматизации является реакклиматизация — приспособление организмов к местности, из которой они по каким-либо причинам исчезли.

Рекультивация— комплекс работ по экологическому и экономическому восстановлению земель и водоёмов, плодородие которых в результате человеческой деятельности существенно снизилось. Целью проведения рекультивации является улучшение условий окружающей среды, восстановление продуктивности нарушенных земель и водоёмов.

• Ареал—пространство, в котором особи вида могут завершить полный жизненный цикл. Одно из основных понятий в биологических дисциплинах, изучающих географическое распространение организмов, — географии растений и зоогеографии. Ареал вида представляет собой сочетание видовых требований с определённой суммой экологических условий на обширной территории или акватории. Однако эта эколого-географическая сопряжённость видов осложняется изменениями физико-географических условий в прошлом — климата, растительного покрова, формы земной поверхности и пр. Поэтому ареал вида является суммированным эффектом современных и предшествовавших условий. В результате, в географическом распределении видов и их комплексов — флор для растений и фаун для животных — наблюдается ряд неравномерностей и свои закономерности.

• Типы ареала:

• Сплошной (все части доступны для вида)

• Разорванный (не находится в связи; делится на однородный и гомогенный)

• Гетерогенный (в разных частях ареала разные (под)виды)

Величина ареала и причины, ее определяющие

Границы ареалов могут быть подвижными (транзитивными): прогрессивными (расширяющимися) или регрессивными (сужающимися) и стативными (постоянными). Первый тип границ наблюдается когда вид еще не дошел до естественных границ ареала; второй – когда под влиянием каких-либо факторов площадь ареала сокращается. Стативные границы имеют место в тех случаях, когда вид достиг естественных границ своего ареала.

Положение границ ареалов определяется различными причинами. Границы могут быть эдафическими, если за пределами этих границ вид не находит благоприятных для его существования эдафических условий; конкурентными, когда вид дошел до пределов, на которых он встречается с близким более конкурентоспособным видов, останавливающим его на пути расселения; климатическими, когда за пределами ареала климатические условия для вида становятся неблагопрятными; импедитными, или непроходимыми, когда вид дошел до тех пределов, за которые он не может проникнуть механически.

Границы ареала могут быть пульсирующими, если они ежегодно расширяются или сужаются на некоторое расстояние. Пульсация границ связана с изменениями условий существования на окраине океана.

КОСМОПОЛИТЫ - виды (или др. таксоны) растений и животных, встречающиеся на большей части обитаемых областей Земли.

ЭНДЕМИКИ— биологические таксоны, представители которых обитают на относительно ограниченном ареале. Такая характеристика таксона, как обитание на ограниченном ареале, называется эндемизмом. Эндемизму противопоставляется космополитизм.

РЕЛИКТЫ - реликтовые растения и животные, виды, входящие в состав растительного покрова или животного мира данной страны или области как пережитки флор и фаун минувших геологических эпох и находящиеся в некотором несоответствии с современными условиями существования.

• Соотношение понятий «реликт» и «эндемик»

Реликт – эндемик, сохранившийся от прежних эпох.

Неоэндемики - эндемичные виды (или роды) растений или животных, ограниченность Ареала которых обусловлена их «молодостью», т. е. тем, что они ещё не успели расселиться. Обычно связаны родственными отношениями с др. представителями окружающей флоры или фауны и часто представлены в ней группами («кустами») близкородственных видов.

• Центр обилия и центр происхождения форм

21. Учения Н.И. Вавилова

Учение о центрах происхождения культурных растений

На основании материалов о мировых растительных ресурсах он выделял 7 основных географических центров происхождения культурных растений[58].

Центры происхождения культурных растений:

1. Центральноамериканский,

2. Южноамериканский,

3. Средиземноморский,

4. Переднеазиатский,

5. Абиссинский,

6. Среднеазиатский,

7. Индостанский,

7A. Юговосточноазиатский,

8. Восточноазиатский.

Восточноазиатский центр (20 % культурных растений)

Юго-Западноазиатский центр (4 % культурных растений)

Средиземноморский центр (примерно 11 % видов культурных растений)

Эфиопский центр (около 4 % культурных растений)

Центральноамериканский центр

Андийский центр

Многие исследователи, в том числе П. М. Жуковский, Е. Н. Синская, А. И. Купцов, продолжая работы Вавилова, внесли в эти представления свои коррективы. Так, тропическую Индию и Индокитай с Индонезией рассматривают как два самостоятельных центра, а Югозападноазиатский центр разделён на Среднеазиатский и Переднеазиатский, основой Восточноазиатского центра считают бассейн Хуанхэ, а не Янцзы, куда китайцы как народ-земледелец проникли позднее. Установлены также центры древнего земледелия в Западном Судане и на Новой Гвинее. Плодовые культуры (в том числе ягодные и орехоплодные), имея более обширные ареалы распространения, выходят далеко за пределы центров происхождения, более согласуясь с представлениями Декандоля. Причина этого заключается в их преимущественно лесном происхождении (а не предгорном, как для овощных и полевых культур), а также в особенностях селекции. Выделены новые центры: Австралийский, Североамериканский, Европейско-Сибирский.

Некоторые растения были введены в прошлом в культуру и вне этих основных центров, но число таких растений невелико. Если ранее считалось, что основные очаги древних земледельческих культур — широкие долины Тигра, Евфрата, Ганга, Нила и других крупных рек, то Вавилов показал, что почти все культурные растения появились в горных районах тропиков, субтропиков и умеренного пояса.

Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости

В работе «Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости», изложенной в виде доклада на III Всероссийском селекционном съезде в Саратове 4 июня 1920 года, Вавиловым было введено понятие «Гомологические ряды в наследственной изменчивости». Понятие было введено при исследовании параллелизмов в явлениях наследственной изменчивости по аналогии с гомологическими рядами органических соединений.

Суть явления состоит в том, что при изучении наследственной изменчивости у близких групп растений были обнаружены сходные аллельные формы, которые повторялись у разных видов (например, узлы соломины злаков с антоциановой окраской или без неё, колосья с остью или без неё и т. п.). Наличие такой повторяемости давало возможность предсказывать наличие ещё не обнаруженных аллелей, важных с точки зрения селекционной работы. Поиск растений с такими аллелями проводился в экспедициях в предполагаемые центры происхождения культурных растений. Следует помнить, что в те годы искусственная индукция мутагенеза химическими веществами или воздействием ионизирующих излучений ещё не была известна, и поиск необходимых аллелей приходилось производить в природных популяциях.

22. Кра́сная кни́га — аннотированный список редких и находящихся под угрозой исчезновения животных, растений и грибов. Красные книги бывают различного уровня — международные, национальные и региональные.

Красный список угрожаемых видов

Вторая ветвь «бифуркации» идеи Красной книги — появление совершенно новой формы информации о редких животных в виде издания «Красных списков угрожаемых видов» (англ. IUCN Red List of Threatened Animals). Они выходят также под эгидой МСОП (Международный Союз Охраны Природы), но официально и практически не являются вариантом Красной книги, не аналогичны ей, хотя и близки к этому. Такие списки опубликованы в 1988, 1990, 1994, 1996 и 1998 годах. Издание осуществляется Всемирным центром мониторинга окружающей среды в Кембридже (Великобритания) при участии более тысячи членов Комиссии по редким видам МСОП.

Структурную основу новой системы образуют два главных блока[1]: а) таксоны, находящиеся под угрозой исчезновения и б) таксоны низкого риска (LC).

Первый блок подразделяется на три категории:

таксоны в критическом состоянии (CR)

таксоны под угрозой исчезновения (EN)

таксоны в уязвимости (VU)

Эти три категории и являются основными, предупреждающими о серьёзности утраты представителей таксона в недалёком будущем. Именно они и составляют основной массив таксонов, заносимых в красные книги различного ранга.

Второй блок включает представителей, не относящихся ни к одной из категорий первой группы, и состоит из следующих категорий:

таксоны, зависящие от степени и мер охраны (CD)

таксоны, близкие к переходу в группу угрожаемых (NT)

таксоны минимального риска (LC)

Несколько особняком стоят ещё две категории, не имеющие непосредственного отношения к проблемам охраны:

таксоны, полностью исчезнувшие (EX)

таксоны, сохранившиеся только в неволе (EW)

Красная книга МСОП, как и Красные листы, не является юридическим (правовым) документом, а носит исключительно рекомендательный характер. Она охватывает животный мир в глобальном масштабе и содержит рекомендации по охране, адресованные странам и правительствам, на территории которых сложилась для животных угрожающая ситуация. Эти рекомендации неизбежно, именно вследствие глобальности масштабов, носят самый общий, приблизительный характер.Первая организационная задача охраны редких и находящихся под угрозой исчезновения видов — их инвентаризация и учет как в глобальном масштабе, так и в отдельных странах. Без этого нельзя приступать ни к теоретической разработке проблемы, ни к практическим рекомендациям по спасению отдельных видов. Задача не простая, и ещё 30—35 лет назад предпринимались первые попытки составить сначала региональные, а затем мировые сводки редких и исчезающих видов зверей и птиц. Однако сведения были или слишком лаконичны и содержали лишь перечень редких видов, или, напротив, очень громоздки, поскольку включали все имеющиеся данные по биологии и излагали историческую картину сокращения их ареалов.