3691

21

потребляется животными. Углекислый газ выделяется в процессе дыхания растений и животных. Мертвые растения и животные разлагаются, углерод их тканей окисляется до углекислого газа и возвращается в атмосферу. Аналогичный процесс происходит и в океане. Таким образом, в рамках биотического круговорота углерода происходят процессы фиксации и высвобождения углекислого газа.

4. Организм и среда

4.1 Адаптация организмов к факторам

Физиологические адаптации связаны с химическими процессами в организме. Примером могут служить особенности ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, которые определяются составом пищи. Обитатели пустынь с помощью физиологических адаптаций способны обеспечивать свою потребность во влаге путем биохимического окисления жиров. Многие животные, используя физиологические процессы, могут в определенных пределах менять температуру своего тела, то есть осуществлять терморегуляцию

4.2 Экологические факторы среды

Биотические факторы – воздействие на организм других живых организмов. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы: внутривидовые, или гомотипические, факторы – это влияние на организм особей этого же вида (зайца на зайца, сосны на сосну); межвидовые, или гетеротипические, факторы – это влияние на организм особей других видов (волка на зайца, белки на сосну). В зависимости от принадлежности к определенному царству живой природы биотические факторы подразделяют на четыре основные группы: фитогенные факторы – это влияние на организм растений; зоогенные – влияние животных; микогенные – влияние грибов; микробогенные – влияние микроорганизмов (вирусов, бактерий, простейших). По типу биотического взаимодействия различают протокооперацию, мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренцию, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм

22

4.3 Жизненные формы организмов

Классификации жизненных форм животных и растений весьма разнообразны. Академик Формозов выделил на этом основании среди зверей следующие адаптивные типы: 1) наземные формы, 2) подземные (землерои), 3) древесные, 4) воздушные и 5) водные. Между типами есть переходы.

Жизненные формы выделяются в пределах любой крупной группы животных, характеризующейся экологическим разнообразием видов. Во внешнем облике птиц в наибольшей мере проявляется приуроченность их к определенным типам местообитаний и характер передвижения при добывании пищи.

В связи с этим различают птиц:

1)древесной растительности,

2)открытых пространств суши,

3)болот и отмелей,

4)водных пространств.

Вкаждой из указанных групп выделяют специфические формы:

а) добывающие пищу с помощью лазания (многие голуби, попугаи, кукушки, дятловые, воробьиные);

б) добывающие пищу в полете (в лесах - совы, козодои; на открытых пространствах – ржанковые; над водой - трубконосые);

в) кормящиеся при передвижении по земле (лесные – большинство куриных; на открытых пространствах -журавлиные; на болотах и отмелях – голенастые, фламинго, некоторые воробьиные);

г) добывающие пищу с помощью плавания и ныряния (пингвины, гагары, поганки, ряд трубконосых, большинство веслоногих и гусиных).

Сходные жизненные формы встречаются в сходных условиях жизни в разных зоогеографических областях и на разных материках. Жизненная форма наглядно свидетельствует об образе жизни вида.

По способу добывания пищи среди животных выявляются такие группы,

как:

1.фильтраторы (мелкие рачки, беззубка, кит и др.)

2.пасущиеся формы (копытные, жуки-листоеды).

3.собиратели (дятлы, кроты, землеройки, куриные).

4.охотники на движущуюся добычу (волки, львы, мухи-ктыри и т. п.).

23

4.4 Экологическая классификация организмов

В основу экологических классификаций могут быть положены самые разнообразные критерии: способы питания, передвижения, отношение к температуре, влажности, солености среды, давлению и т. п.

Разделение организмов на группы по характеру питания.

Автотрофы образует уровень первичной продукции, на котором утилизируется внешняя энергия и создается масса органического вещества. Первичные продуценты – основа трофической структуры и всего существования биоценоза. Составлен этот уровень растениями (кроме редких бесхлорофилльных форм) и фотоавтотрофными прокариотами; в особых случаях в качестве первичных продуцентов выступают бактериихемосинтетики. Биомасса органического вещества, синтезированного автотрофами, определяется как первичная продукция, а скорость ее формирования – биологическая продуктивность системы.

Гетеротрофы – все живые существа, нуждающиеся в пище органического происхождения. Гетеротрофов делят на сапрофитов, использующих растворы простых органических соединений, и голозоев. Голозои обладают сложным комплексом пищеварительных ферментов, могут употреблять в пищу сложные органические соединения, разлагая их на более простые составные компоненты. Голозои делятся на сапрофагов (питаются мертвыми растительными остатками), фитофагов (потребителей живых растений), зоофагов (нуждающихся в живой пище) и некрофагов (трупоядных животных).

4.5 Экологические группы растений по отношению к свету

Световой режим очень переменчив и зависит от географического положения, высоты над уровнем моря, от рельефа, состояния атмосферы, характера земной поверхности, растительности, от времени суток, сезона года, солнечной активности и глобальных изменений в атмосфере. У растений возникают различные морфологические и физиологические адаптации к световому режиму местообитаний. По требованию к условиям освещения принято делить растения на следующие экологические группы:

светолюбивые (световые) – растения открытых, постоянно хорошо освещаемых местообитаний;

24

тенелюбивые (теневые) – растения нижних ярусов тенистых лесов, пещер и глубоководные растения. Они плохо переносят сильное освещение прямыми солнечными лучами;

теневыносливые – могут переносить большее или меньшее затенение, но хорошо растут и на свету. Они легче других растений перестраиваются под влиянием изменяющихся условий освещения.

4.6 Экологические группы растений по отношению к теплу

Растения, будучи организмами неподвижными, должны существовать при том тепловом режиме, который создается в местах их произрастания. Тепловой режим растений весьма изменчив.

По степени адаптации растений к условиям крайнего дефицита тепла выделяются три группы:

нехолодостойкие растения - они сильно повреждаются или гибнут при температурах выше точки замерзания воды. Это растения дождевых тропических лесов, водоросли теплых морей, некоторые грибы;

неморозостойкие растения - переносят низкие температуры, но гибнут, как только в тканях начинает образовываться лед;

морозоустойчивые – произрастают в областях с сезонным климатом, с холодными зимами. Во время сильных морозов надземные органы деревьев и кустарников промерзают, но, тем не менее, сохраняют жизнеспособность.

жаровыносливые – растения сухих местообитаний с сильной инсоляцией, (степей, пустынь, саванн, сухих субтропиков и т. п.).

5. Экосистемы

5.1 Экосистема: состав, структура, разнообразие

В функционировании природных экосистем и экосистем, созданных человеком, имеются отличительные особенности. Для природных экосистем характерна сложная структура и большое видовое разнообразие, которые обеспечивают устойчивость экосистем. Искусственные экосистемы создаются человеком с разными целями. Соотношение абиотического и биотического, автотрофного и гетеротрофного компонентов в искусственных экосистемах существенно отличается от такового в природных системах. Например, агроэкосистемы создаются для получения высокого урожая, видовое разнообразие в них резко снижено, иногда до монокультуры. Экосистемы

25

полей, садов, пастбищ, огородов – это упрощенные системы, они неустойчивы и неспособны к саморегуляции. Виды растений, культивируемых человеком, неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека. Устойчивость искусственных экосистем обеспечивается дополнительными затратами со стороны человека

5.2 Продукция и энергия в экосистемах. Экологические пирамиды

Пирамиды биомасс некоторых биоценозов (например, океана) имеют перевернутый вид, так как для них недействительно правило пирамиды биомасс. Для экосистемы океана характерна тенденция накапливания биомассы на высоких уровнях у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций мала, но у продуцентов – фитопланктона – оборачиваемость может в сотни раз превышать запас биомассы. Это значит, что их чистая продукция и здесь превышает продукцию, поглощенную консументами, то есть, через уровень продуцентов проходит больше энергии, чем через всех консументов.

5.3 Лес как экологическая система

Лес, как природное единство, представляет собой сложную систему с ее взаимосвязанными биотическими и абиотическими компонентами. Главное объединяющее звено в этой системе — древостой, связан с окружающей средой, от нее зависит и на нее оказывает влияние: почвозащитная функция леса, влагообмен между атмосферой и литосферой и т.д.

В нелесных природных зонах: степях, полупустынях, пустынях овраги чаще формируются. Корневые системы деревьев и кустарников в большей степени, чем травянистой растительности, задерживают грунт при его смыве водными потоками, поэтому в местах произрастания лесной и кустарниковой растительности овраги формируются реже, чем на полях, в степях и пустынях. При полном отсутствии растительности (включая травянистую) любой поток воды будет вызывать почвенную эрозию. При уничтожении растительности человеком (пахота, выпас скота, строительство и т. д.) всегда будет наблюдаться усиленная эрозия почвы.

Чем гуще растительный покров, тем меньше нагревается почва и, следовательно, меньше будет испаряться воды

Почему лес задерживает влагу: над открытыми пространствами воздух нагревается быстрее и сильнее, чем над лесом. Поднимаясь вверх, горячий воздух превращает капли дождя в пар. В результате во время дождя над

26

обширным полем изливается меньше воды, чем над лесом. Участки с разреженной растительностью или лишенные ее вообще сильнее нагреваются солнечными лучами, что вызывает усиленное испарение влаги, а в итоге – истощение запасов подземных вод, засоление почвы. Горячий воздух поднимается вверх. Если участок пустыни достаточно большой, то это способно значительно изменять направление воздушных потоков. В результате на оголенные участки выпадает меньше осадков, что приводит к еще большему опустыниванию территории.

Внекоторых странах и на островах законом запрещен ввоз живых коз. Власти мотивируют это тем, что козы могут навредить природе страны и изменить климат. Объясняется это тем, что козы питаются не только травой, но

илистьями, а также корой деревьев. Козы способны быстро размножаться. Достигнув высокой численности, они беспощадно уничтожают деревья и кустарники. В странах с недостаточным количеством осадков это вызывает дальнейшее иссушение климата. В итоге обедняется природа, что негативно сказывается на экономике страны.

Влесном фитоценозе выделяют наземную часть, включающую ряд основных компонентов: древостой, подрост, подлесок, напочвенный покров и подземную, в которой располагаются корни наземных лесных растений и, кроме того, обитают многочисленные микро- и макроорганизмы. Подземная часть это почва, как составная часть леса, и материнская горная порода, из которой образуется почва, и куда, также, могут проникать корни отдельных деревьев. Почва дает влагу и пищу растительным компонентам леса, придает лесу физическую и физиологическую устойчивость.

Древостой - основной биологический компонент лесного сообщества. Один древостой может отличаться от другого по многим признакам, прежде всего по составу пород. Если древостой состоит из одной породы (например, сосны), он называется чистым, если из нескольких (сосна, дуб, береза) - смешанным.

Кроме состава различают еще форму древостоев. Если все деревья в древостое имеют примерно одинаковую высоту (с примерными колебаниями от средней до 15 %), вследствие чего образуется как бы один общий ярус, то это будет простой древостой. Если же образуются два (и более) ярусов, то это пример сложного древостоя. В природе часто встречается, например, 2-ярусный

27

древостой, когда верхний ярус занимает береза или осина, а в нижнем ярусе растет ель.

Важное биологическое значение имеет возраст древостоя, с которым связаны этапы роста. Древостои бывают одновозрастные и разновозрастные. Одновозрастные древостои образуются в результате одновременно проведѐнной посадки или посева. Иногда они возникают и в естественном лесу после пожара в год обильного урожая семян.

Древостои отличаются также по своему происхождению, т. е. образовались ли они естественным путем или же искусственно созданы человеком. Эти древостой могли произойти двумя главными путями, от семян или же вегетативным способом.

Формирование древостоя связано с ростом молодого поколения древесных растений. Молодое поколение, способное в будущем войти в верхний ярус и занять место старого древостоя, под пологом которого оно растет, называется подростом. К подросту надо относить и молодняк древесных пород, не находящийся под пологом (на вырубках, гарях, других открытых местах), поскольку он "подрастет" и из него сформируется будущий зрелый древостой. Подрост может состоять из пород как входящих, так и не входящих в состав материнского древостоя. Он бывает семенного и вегетативного происхождения.

В лесу есть еще группа растений, состоящая из кустарниковых и отчасти древесных пород. Представители этой группы никогда не займут место господствующего древесного полога, в отличие от подроста они никогда не придут на смену старому древостою. Кустарники, реже древесные породы, произрастающие под пологом леса и не способные образовывать древостой в данных условиях местопроизрастания, называются подлеском.

Следующим компонентом лесного фитоценоза является живой надпочвенный покров, представляющий собой совокупность мхов, лишайников, травянистых растений и полукустарников, покрывающих почву под пологом, на вырубках и горах.

Существует еще одна своеобразная особенность в лесу – наличие мертвого покрова в виде опавших на землю: хвои, листвы, сучков, которые обычно называют опадом или лесной подстилкой, переходящей в состав почвы.

Лес является незаменимым союзником в охране почв от смыва и размывов, лучший регулятор стока и хранитель плодородия почв. Он предотвращает развитие оврагов, останавливает и укрепляет сыпучие пески,

28

очищает воду от взвешенных частиц и вредных примесей. Под влиянием леса прекращаются эрозионные процессы, улучшается плодородие почв. Эрозия – разрушение плодородного почвенного слоя талыми, ливневыми водами (водная эрозия) или ветрами (ветровая эрозия). Под лесом появляется гумусовый горизонт, увеличивающийся с возрастом леса. Расположенные в оврагах, по их периферии и на склонах леса способствуют повышению урожайности с/х культур.

5.5 Популяции в экосистеме

Популяция – это внутривидовая группировка с определенными количественными и качественными параметрами. Важнейшими параметрами являются количественные характеристики, которые позволяют решить большинство проблем качественного характера. Выделяют две группы количественных показателей – статические и динамические. Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то

29

промежуток (интервал) времени (рождаемость, смертность). Состояние популяции на данный момент времени определяют по статическим показателям, к которым относятся численность, плотность, показатели половой, возрастной и размерной структуры, пространственная структура (распределение внутри территории).

6. Рациональное природопользование и охрана окружающей среды

6.1 Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды

Производство и реализация конечных продуктов с минимальным расходом вещества на всех этапах производственного цикла и наименьшим воздействием на человека и природные системы называется ресурсосберегающей технологией. При этом должны учитываться все расходы на промежуточных этапах производства на единицу производимой продукции. В понятие «ресурсосберегающая технология» включается требование минимизации используемых природных ресурсов и минимального нарушения природных условий. Это способы производства продукции с минимальным расходом вещества и энергии, сокращением удельного потребления природных ресурсов и энергии. Чем выше коэффициент использования ресурсов и ниже ресурсоемкость (энергоемкость), тем рациональнее использование природных богатств.

Повторное использование материальных ресурсов называется рециркуляцией (реутилизацией). Примером рециркуляции является производство алюминия из металлолома. При этом требуется всего 5% энергозатрат от выплавки алюминия из бокситов; кроме того, переплав 1 т вторичного сырья экономит 4 т бокситов и 700 кг кокса, снижая одновременно на 35 кг выбросы фтористых соединений в атмосферу. Замена первичного сырья на вторичное имеет значительные экологические преимущества: при производстве стали снижение потребления энергии 47–74%, снижение загрязнения атмосферы – до 80%, снижение водопотребления – на 40% и т.д.

Принцип комплексного использования природных ресурсов и концентрации производства реализуется через создание территориальнопроизводственных комплексов.

30

6.2 Водные ресурсы и их охрана

Вода на Земле находится в разных агрегатных состояниях (пар, жидкость, лед) и ее мировые запасы огромны. На долю пресной воды приходится около 2% от общего количества воды на планете. Доступная для использования пресная вода составляет около 0,5%, но человечество может использовать лишь 0,003% пресной воды от общих ее запасов, так как она либо сильно загрязнена, либо залегает на недоступной глубине, либо содержится в айсбергах, ледниках, в атмосфере и почве. В ледниках сосредоточено 85% пресных вод, подземные воды составляют 14% , озера – 0,6% от общего объема пресных вод. Воды в реках и озерах планеты составляют лишь 0,016% общего объема гидросферы. Но несмотря на столь незначительный объем пригодной для потребления пресной воды, на каждого жителя планеты все еще приходится около 8 млн л.

В настоящее время общие объемы пресной воды вполне достаточны, но их качество не удовлетворяет санитарно-гигиеническим и техническим требованиям, поэтому человечеству угрожает недостаток чистой воды. Проблему недостатка чистой пресной воды порождают следующие причины: 1) загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками; 2) потери пресной воды из-за сокращения водоносности рек и др.; 3) интенсивное увеличение потребностей в воде из-за роста народонаселения и развития отраслей деятельности, требующих больших затрат водных ресурсов. Основными источниками загрязнения воды являются промышленные и коммунальные стоки; смыв с полей, содержащий частицы почвы, ядохимикаты и минеральные удобрения; дренажные воды систем орошения и др

Для охраны водоемов от загрязнения сточными водами используют разнообразные методы очистки промышленных и коммунально-бытовых стоков от вредных веществ. В основе механической очистки воды лежат процессы отстаивания, процеживания и фильтрования, при которых из воды удаляются нерастворимые механические примеси различной степени дисперсности – песок, глинистые частицы, окалина. Механическая очистка осуществляется в таких сооружениях, как песколовки, отстойники различных типов (см. рис.) с использованием песчаных фильтров, решеток и т.п. При механической очистке из производственных сточных вод удаляется до 90 %, а из бытовых стоков – до 60 % механических примесей.

Сельскохозяйственная деятельность человека является одним из основных факторов загрязнения поверхностных вод. Основными источниками