Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Экологические основы природопользования. Учебное пособие для СПО

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

07.09.2026

Размер:

1 Мб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 23 / 113 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>





Рассмотрим абиотические факторы наиболее общего характера, действующие навсе организмы. Такими факторами являются, впервую очередь, температура, влажность и свет. Эти факторы действуют и на растения, ина животных, ина микроорганизмы.

 определяет интенсивность обмена веществ у организмов и их географическое распространение. Диапазон температур, в которых может существовать жизнь вообще, составляет приблизительно 300 °С— от–200 °С до+100 °С. Приэкстремальных (предельных) температурах выживают споры некоторых грибов, бактерии и вирусы. Большинство видов может существовать вболее узком диапазоне температур. Таким образом, температура является важным и очень часто лимитирующим фактором. Кроме того, температурные ритмы взначительной степени контролируют сезонную исуточную активность растений иживотных.

 физиологически необходима длялюбого типа клеток илюбых организмов. Поэтому она часто служит лимитирующим фактором. Все живые организмы взависимости отпотребности их вводе подразделяются наряд экологических групп:

- водные (гидрофильные)— постоянно живущие вводе;

- гигрофильные— живущие вочень влажных местообитаниях;

- мезофильные— отличающиеся умеренной потребностью вводе

и,наконец, ксерофильные— живущие всухих местообитаниях.

Количество осадков ивлажность— основные величины, измеряемые приизучении этого фактора. Количество осадков зависит восновном от путей и характера перемещений больших воздушных масс. Не менее важным является распределение осадков повременам года. Условия, возникающие при равномерном распределении осадков, совершенно иные, чем привыпадении осадков втечение одного сезона. Впоследнем случае животным ирастениям приходится переносить периоды длительной засухи. Как правило, неравномерное распределение осадков повременам года встречается втропиках исубтропиках, где обычно ярко выражены влажный исухой сезоны.

Влажность— параметр, характеризующий содержание водяного пара ввоздухе. Вприроде существуют определенный суточный ритм влажности— повышение ночью иснижение днем, сухие ивлажные сезоны года ит.п. Этот фактор наряду со светом итемпературой играет важную роль врегулировании активности организмов. Влажность влияет наспо-

-21-



собность организмов переносить экстремальные температуры. Например, приусловиях влажности, близких ккритическим значениям, температура оказывает более важное лимитирующее влияние. Аналогично влажность играет более критическую роль, если температура близка кпредельным значениям. Крупные водоемы значительно смягчают климат суши, так какдляводы характерна большая скрытая теплота парообразования итаяния. Фактически существуют два основных типа климата: континентальный скрайними значениями температуры ивлажности иморской, которому свойственны менее резкие колебания, что объясняется смягчающим влиянием крупных водоемов.

  представляет собой электромагнитные волны различной длины. Оно совершенно необходимо живой природе, так какявляется основным внешним источником энергии. Анализ спектра распределения энергии излучения Солнца запределами земной атмосферы показывает, что около половины солнечной энергии излучается винфракрасной области, 40%— ввидимой и10%— вультрафиолетовой ирентгеновской областях.

Необходимо иметь ввиду, что спектр электромагнитного излучения Солнца весьма широк иразличные его участки различным образом воздействуют наживое вещество. Земная атмосфера, включая озоновый слой, избирательно поглощает энергию электромагнитного излучения Солнца: доповерхности Земли доходит восновном излучение сдлиной волны от0,3 до3 мкм.

Для живого вещества важны количественные характеристики света— длина волны (или частота), интенсивность и продолжительность воздействия. Известно, что различные животные ирастения по-разному реагируют на изменение длины световой волны. Цветовое зрение распространено вразных группах животных по-разному: оно хорошо развито у некоторых видов членистоногих, рыб, птиц имлекопитающих, ноу других видов тех же групп оно может отсутствовать. Поэтому, например, одни животные ведут дневной образ жизни, адругие— ночной.

Продолжительность светового дня, илифотопериод, служит «биологическими часами» или пусковым механизмом, включающим последовательность физиологических процессов, приводящих к росту, цветению многих растений, линьке, накоплению жира, миграции, размножению ивпадению вспячку уживотных. Некоторые высшие растения цветут приувеличении длительности дня (растения длинного дня), другие зацветают присокращении дня (растения короткого дня), насекомые впадают взимнюю спячку присокращении длительности светового

-22-



дня. Это еще раз свидетельствует отом, что биосфера вцелом, благодаря своему огромному разнообразию, способна существовать ввесьма широком диапазоне значений абиотических факторов.

(рентгеновское, альфа-, бета-, гаммаизлучения) выбивает электроны изатомов иприсоединяет их кдругим атомам собразованием пар положительных иотрицательных ионов. Его источником служат радиоактивные вещества (радиоактивные изотопы, радионуклиды), содержащиеся вгорных породах, кроме того, оно поступает изкосмоса.

Альфа-излучение представляет собой поток ядер атомов гелия. Это излучение хорошо поглощается воздухом. Листок бумаги иливерхний роговой слой кожи вообще его останавливает.

Бета-излучение— поток электронов. Оно хуже поглощается воздухом иможет проникать вживые ткани наглубину внесколько сантиметров.

Гамма-излучение является высокочастотным электромагнитным излучением в отличие от корпускулярного альфа- и бета-излучений. Оно слабо поглощается воздухом, легко проникает ввещество, высвобождая энергию напротяжении длинного следа.

Ионизирующее излучение действует в первую очередь на ДНК ихромосомы клеток. Высокие дозы облучения могут убить илипривести кстерильности организма. Разные виды живых организмов сильно отличаются посвоим способностям выдерживать большие дозы радиационного облучения. Наиболее чувствительны крадиации млекопитающие и особенно человек. Насекомые втысячи раз более устойчивы. Самой большой устойчивостью крадиации отличаются бактерии. Относительно низкие дозы облучения вызывают увеличение частоты мутаций вклетках организма. Подавляющее большинство мутаций либо гибельны (летальные мутации), либо вредно сказываются наорганизме ипопуляции. Только очень небольшой процент мутаций (примерно 1 из 10 000) может быть полезен дляпопуляции. Как показывают данные исследований, наиболее чувствительны коблучению быстро делящиеся клетки.

У высших растений чувствительность к ионизирующему излучению прямо пропорциональна размеру клеточного ядра, аточнее, объему хромосом илисодержанию ДНК.

У высших животных не обнаружено такой простой зависимости между чувствительностью истроением клеток; дляних наибольшее значение имеет чувствительность отдельных систем органов. Так,млекопитающие очень чувствительны даже книзким дозам радиации вследствие легкой повреждаемости облучением быстро делящейся кроветворной

-23-



ткани костного мозга. Даже очень низкие уровни хронически действующего ионизирующего излучения могут вызвать в костях и в других чувствительных тканях рост опухолевых клеток, что может проявиться лишь через много лет после облучения.



Распространение ичисленность организмов каждого вида ограничиваются нетолько условиями внешней неживой среды, ноиих отношениями сорганизмами других видов. Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду, а факторы этой среды называются биотическими.

Рассмотрим характерные особенности биотических отношений различных типов.

 является в природе наиболее распространенным типом отношений, прикотором две популяции илидве особи вборьбе занеобходимые дляжизни ресурсы иусловия воздействуют друг надруга отрицательно.

Конкуренция может быть внутривидовой и межвидовой. Конкурентное взаимодействие может касаться жизненного пространства, пищи или биогенных элементов, света, места укрытия и многих других жизненно важных факторов. Преимущества в конкурентной борьбе достигаются видами различными способами. Приодинаковом доступе кресурсу общего пользования один вид может иметь преимущество перед другим за счет более интенсивного размножения, потребления большего количества пищи илисолнечной энергии, способности лучше защитить себя, адаптироваться кболее широкому диапазону абиотических факторов.

Межвидовая конкуренция, независимо оттого, что лежит вее основе, может привести:

- к установлению равновесия между популяциями двух видов;

- к замене популяции одного вида популяцией другого;

- к вытеснению одной популяции вдругое место;

- к переходу одной изпопуляций наиспользование других жизнен-

ных ресурсов.

Установлено, что два вида, одинаковых вэкологическом отношении ивпотребностях, немогут сосуществовать водном месте длительное время, ирано илипоздно один конкурент вытесняет другого. Вэтом состоит так называемый 

-24-



Популяции некоторых видов живых организмов избегают илиснижают конкуренцию переселением в другой регион с приемлемыми для себя условиями, либо переходом на более труднодоступную илитрудно усваиваемую пищу, либо сменой времени илиместа добычи корма. Так,например, ястребы питаются днем, совы— ночью; львы охотятся наболее крупных животных, алеопарды— наболее мелких. Из принципа Гаузе следует, что каждый вид в природе занимает определенное место. Оно определяется положением вида вфизическом пространстве, выполняемыми им функциями всообществе иего отношением кабиотическим условиям существования. Место, занимаемое видом илиорганизмом вэкосистеме, называется . Образно говоря, если местообитание— это какбы адрес организмов данного вида, то экологическая ниша— это профессия, роль организма вместе его обитания.

Экологическая ниша как функциональное место вида в системе жизни неможет долго пустовать— об этом говорит - : пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Нередко улюдей возникало желание искусственно заполнить «пустые» ниши «полезными» в своем хозяйстве видами. Однако нужно быть предельно осторожными свыводами овозможности заполнения этих ниш путем акклиматизации (интродукции) новых дляданных условий видов. Акклиматизация — это комплекс мероприятий повселению вида вновые места обитания, проводимый дляобогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами. Расцвет акклиматизаторства пришелся на двадцатые-сороковые годы двадцатого столетия. Однако по прошествии времени стало очевидно, что опыты акклиматизации видов были либо безуспешны, либо приносили весьма негативные результаты. Новые виды становились вредителями или распространяли опасные заболевания. Они несоответствовали внутренним нуждам экосистемы, иногда неимели врагов ипоэтому могли бурно размножаться.

Конкурентные отношения отчетливо наблюдаются нетолько намежвидовом, ноина внутривидовом (популяционном) уровне. Приросте популяции, когда численность ее особей приближается к максимальной, вступают в действие внутренние физиологические механизмы регуляции: возрастает смертность, снижается плодовитость, возникают стрессовые ситуации, драки. Изучением этих вопросов занимается популяционная экология.

-25-



Конкурентные отношения являются одним из важнейших механизмов формирования видового состава сообществ, пространственного распределения видов популяций ирегуляции их численности.

Поскольку вструктуре экосистемы преобладают пищевые взаимодействия, наиболее характерной формой взаимодействия видов втрофических цепях является , при котором особь одного вида, называемая хищником, питается организмами другого вида, называемыми жертвами, причем хищник живет отдельно отжертвы. Втаких случаях говорят, что два вида вовлечены в отношения «хищник — жертва».

Виды-жертвы засчет естественного отбора выработали целый ряд защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищника: умение быстро бегать илилетать, выделение химических веществ сзапахом, отпугивающим хищника илидаже отравляющим его, обладание толстой кожей илипанцирем, защитной окраской илиспособностью изменять цвет.

У хищников в свою очередь существуют разные способы добычи жертвы. Плотоядные животные, вотличие оттравоядных, обычно вынуждены преследовать идогонять свою жертву. Одни хищники вынуждены быстро бегать, другие достигают своей цели, охотясь стаями, третьи отлавливают преимущественно больных, раненых инеполноценных особей. Другой путь обеспечения себя животной пищей — это путь, покоторому пошел человек,— изобретение орудий охоты, лова иодомашнивание животных.

Еще один распространенный тип взаимодействия видов— - . Вэтом случае речь идет об отношениях «хозяин— паразит». Пара- зиты питаются засчет другого организма, называемого хозяином, однако в отличие отхищников они живут на хозяине или внутри его организма напротяжении значительной части своего жизненного цикла. Паразит использует длясвоей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постоянно ослабляя, анередко иубивая его.

Отметим, что, когда два вида связаны отношениями паразитизма или хищничества, негативный эффект оказывается умеренным в случае, если популяции втечение длительного времени развивались вместе встабильной среде. Однако действие окажется разрушительным, приводящим к полному исчезновению хозяина илижертвы, если два вида стали контактировать недавно или резко изменилась среда обитания. Например, распахивая ивозделывая новые территории, атакже сознательно илибессознательно перевозя организмы набольшие расстояния, человек оказался главной причиной исчезновения многих видов.

-26-



От паразитизма отличается , при котором один вид причиняет вред другому, неизвлекая приэтом длясебя никакой пользы. Чаще всего это те случаи, когда причиняемый вред заключается визменении среды. Так поступает человек, разрушая изагрязняя окружающую среду.

 — это длительное, неразделимое и взаимовыгодное отношение двух илиболее видов организмов. Например, жвачные животные— коровы, олени — переваривают клетчатку с помощью бактерий. Стоит только удалить этих симбионтов— иживотные погибнут отголода.

Другим вариантом отношений между двумя видами является . Извлекая из хозяина значительную пользу (пища, убежище), виды-комменсалы неприносят ему никакой выгоды илизаметного вреда. Например, многочисленные виды насекомых встречаются исключительно в муравейниках, норах грызунов, гнездах птиц, используя их какместообитание сболее благоприятным микроклиматом.

 — это такой тип отношений, при котором ни одна изпопуляций неоказывает надругую никакого влияния: никак несказывается наросте и плотности популяций, находящихся вравновесии. Вдействительности бывает, однако, довольно трудно при помощи наблюдений и экспериментов в природных условиях убедиться, что два вида абсолютно независимы один отдругого.

Обобщая рассмотрение форм биотических отношений, можно сделать следующие выводы:

1) отношения между живыми организмами являются одним изосновных регуляторов численности ипространственного распределения организмов вприроде;

2) негативные взаимодействия между организмами проявляются наначальных стадиях развития сообщества иливнарушенных природных условиях. Внедавно сформировавшихся илиновых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий выше, чем всложившихся ассоциациях;

3) в процессе эволюции экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих видов.

Иногда животных, например многих насекомых, поедающих растения, а также паразитов, хищников, рассматривают в качестве естественных врагов тех организмов, засчет которых они существуют. Строго говоря, такой подход неправомерен. Паразиты ихищники, зоофаги ифитофаги являются факторами среды поотношению ксвоим хозяевам,

-27-



жертвам ит.п. Следовательно, все они необходимы друг другу иэкосистеме вцелом. Вестественных условиях ниодин вид нестремится ине может привести к уничтожению другого. Более того, исчезновение какого-либо естественного «врага» изэкологической системы может привести квымиранию того вида, засчет которого развивается этот «враг».

Все эти обстоятельства должны учитываться припроведении мероприятий по управлению экологическими системами иотдельными популяциями.







Феномен земной биосферы зиждется на обмене энергией, веществом и информацией. Биогеохимический круговорот вещества осуществляется засчет процессов саморегулирования, вкоторых участвуют все составные части экосистем. Эти процессы можно характеризовать какзамкнутые ибезотходные. Что же касается движения энергии вэкосистемах, то здесь картина выглядит совершенно по-иному.

Энергию часто определяют, как способность систем производить работу. Вболее общем случае подэнергией понимается способность материальных систем кдвижению. Свойства энергии описываются двумя началами (законами) термодинамики.

  (закон сохранения энергии) утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, ноона неисчезает ине создается заново.

   (закон увеличения энтропии) гласит, что взамкнутой системе энергия стремится распределиться равномерно, т.е. система стремится ксостоянию термодинамического равновесия.

Дело в том, что при переходе энергии из одной формы вдругую в конечном итоге она необратимым образом переходит вформу тепла, которое и распределяется равномерно (рассеивается). В частности, это означает невозможность передачи тепла нетолько отхолодного тела кнагретому, ноимежду одинаково нагретыми телами. Длятого чтобы всистеме возобновилось тепловое движение, необходимо сообщить ей энергию извне.

-28-



Применительно кэнергии всистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные спревращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только приусловии, что свободная энергия системы рассеивается. Степень рассеяния энергии характеризуется величиной энтропии. Энтропия (entropia— греч. «превращение», «поворот»)— ме- ра количества энергии, которая становится недоступной дляиспользования, мера беспорядка всистеме. Закон увеличения энтропии— это фундаментальный закон природы, имеющий несколько следствий.

При необратимых (самопроизвольных) процессах, ведущих систему ксостоянию равновесия сокружающей средой, ее энтропия возрастает. Системы, находящиеся втермодинамическом равновесии сокружающей средой, имеют максимальную энтропию. Это наиболее вероятное для системы состояние, исамопроизвольно без внешних воздействий она выйти изнего несможет. Так,например, раскаленная сковородка, остыв, рассеяв тепло, сама уже не нагреется. Энергия при этом не потерялась, а передалась другим предметам: она нагрела воздух и стол, накотором стоит сковородка.

Здесь необходимо отметить одно чрезвычайно важное обстоятельство. Оно состоит втом, что второе начало термодинамики выполняется сточностью до—случайных локальных отклонений энер- гии системы отдостигаемого среднего значения. Именно благодаря наличию флуктуаций всистемах любой природы состоялась эволюция неживой природы, подготовившая феномен биологической эволюции.

Нередко понятие энтропии, служащей мерой беспорядка всистеме, используется для характеристики деградации различных материалов. Так, недавно выплавленная сталь— это низкоэнтропийное состояние железа, а ржавый кузов автомобиля— высокоэнтропийное. В неживых системах, какправило, устойчивым является их равновесное состояние свысокой энтропией.

Живые биологические системы, вотличие отнеживых, совершают постоянную работу против равновесия с окружающей средой, создают иподдерживают высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние снизкой энтропией. В составе любой биологической системы существуют подсистемы, позволяющие улавливать (извлекать) и концентрировать энергию изокружающей среды.

Рассеивание энергии, то есть увеличение энтропии, — это процесс, характерный для любой системы, какнеживой, так и живой, апостоянное самостоятельное извлечение иконцентрация энергии— это способность только живой системы. При этом происходит извлечение порядка,

-29-



организации из окружающей среды, то есть выработка «отрицательной» энтропии— негэнтропии. Такой процесс образования порядка в системе из хаоса окружающей среды называется самоорганизацией. Он ведет куменьшению энтропии живой системы и противодействует установлению ее термодинамического равновесия с окружающей средой, означающего только одно— распад, смерть. При этом, однако, вобязательном порядке происходит увеличение энтропии окружающей среды. Иными словами, в процессе своей жизнедеятельности живые системы производят энтропию ивыводят ее вокружающую среду, увеличивая ее энтропию.

Таким образом, любая живая система, втом числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде доступной энергии; во-вторых, способности эту энергию улавливать и концентрировать, а, использовав, рассеивать вокружающую среду. Можно говорить отом, что живые системы любого иерархического уровня впроцессе своей жизнедеятельности непрерывно производят энтропию, рассеивают ее вокружающую среду, аиз нее черпают упорядоченность, т.е. новые запасы энергии.

По определению выдающегося физика Эрвина Шредингера, «жизнь— это упорядоченное и закономерное поведение материи, основанное не только наодной тенденции переходить отупорядоченности к неупорядоченности, ноичастично насуществовании упорядоченности, которая поддерживается все время». Идалее: «…средство, при помощи которого организм поддерживает себя постоянно на достаточно высоком уровне упорядоченности (равно надостаточно низком уровне энтропии), вдействительности состоит в непрерывном извлечении упорядоченности изокружающей его среды»

 

Из второго начала термодинамики с очевидностью следует вывод отом, что поддержание жизни на Земле без притока энергии извне невозможно.

Основной источник энергии вокружающей среде— это Солнце. Доходящая доЗемли энергия Солнца распределяется следующим образом: 33% ее отражается облаками ипылью атмосферы (это так называемое альбедо, иликоэффициент отражения Земли); 67% поглощается атмосферой, поверхностью Земли и океаном. Из этого количества энергии лишь несколько процентов преобразуется в продукцию фотосинтеза,

-30-

<<< < Предыдущая 1 23 / 113 4 5 6 7 8 9 10 11 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]