Макроэлементы

Неисчерпаемые ресурсы (водные, климатические)

По происхождению:

• Ресурсы природных компонентов (минеральные, климатические, водные, растительные, земельные, почвенные, животного мира)

• Ресурсы природно-территориальных комплексов (горно-промышленные, водохозяйственные, селитебные, лесохозяйственные)

По степени заменимости:

• Незаменимые

• Заменимые

По критерию использования:

• Производственные (промышленные, сельскохозяйственные)

• Потенциально-перспективные

• Рекреационные (природные комплексы и их компоненты, культурно-исторические достопримечательности, экономический потенциал территории).

Закон Либиха (закон минимума): жизнеспособность организма определяется ресурсом, потребность в котором удовлетворяется менее всего. Любому живому существу необходимы не вообще вода, температура, или какие то другие факторы, а их определенный режим (например человеку ест витамины для компенсации недостающих элементов в организме).

Закон компенсации: недостаток одного ресурса может быть компенсирован другим аналогичным. Например недостаток света для растений может быть компенсирован обилием диоксида углерода.

Закон независимости основного ресурса: полное отсутствие главного ресурса (вода, свет и тд) не может быть заменено другими ресурсами.

8. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ОБ АДАПТАЦИЯХ ОРГАНИЗМА И КОНЦЕПЦИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НИШИ.

Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов непрерывно изменяющихся условий жизни.

Адаптация — все виды врожденной и приобретенной приспособительной деятельности, которые обеспечиваются на основе физиологических процессов, про исходящих на клеточном, органном, системном и организменном уровнях.

Адаптация — приспособление организмов (и видов) к среде — фундаментальное свойство живой природы. Поэтому различают три уровня процесса адаптации.

Генетический уровень. Данный уровень обеспечивает адаптацию и сохранение жизнеспособности вида в поколениях на основе свойства генетической изменчивости.

Глубокие изменения обмена веществ. Приспособление к сезонным и годичным природным циклам осуществляется с помощью глубоких изменений обмена веществ. У животных центральную роль в этих процессах играют нейрогуморальные механизмы, например, подготовка к сезону

размножения или к зимней спячке включается нервными стимулами, а осуществляется благодаря изменениям в гормональном статусе организма. У растений сезонные и иные долговременные изменения обеспечиваются работой фитогормонов, ростовых факторов.

Быстрые изменения в ответ на кратковременные отклонения

факторов среды. У животных они осуществляются разнообразными нервными механизмами, ведущими к перемене поведения и быстрой обратимой трансформации обмена веществ. У растений примером быстрых изменений являются реакции на смену освещенности.

1. правило экологической индивидуальности: каждый вид специфичен по экологическим возможностям адаптации; двух идентичных видов не существует.

2. Любой организм абсолютно адаптирован к условиям окружающей среды

3. Закон относительной независимости адаптации: высокая адаптированность к одному из экологических факторов не дает такой же степени приспособления к другим условиям жизни.

4. Правило соответствия условий среды, обитания генетической предопределенности организма: вид организмов может существовать до тех пор и постольку, поскольку окружающая его среда соответствует генетическим возможностям приспособления к ее колебаниям и изменениям.

Экологическая ниша — место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды.

Экологическая ниша — это совокупность:

• всех требований организма к условиям среды обитания (составу и режимам экологических факторов) и место, где эти требования удовлетворяются;

• всего множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными.

Экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке. По Хатчинсону экологическая ниша может быть:

1. фундаментальной — определяемой сочетанием условий и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популяцию;

2. реализованной — свойства которой обусловлены конкурирующими видами.

Аксиома экологической адаптированности:

каждый вид адаптирован к строго определенной, специфичнойдля него совокупности условий существования — экологической нише.

Правило обязательного заполнения экологической ниши

Экологическая ниша не может быть пустой. Если ниша пустеет в результате вымирания какого-то вида, то она тут же заполняется другим видом.

Принцип конкурентного исключения (принцип Гаузе)

Суть, состоит в том, что каждый вид имеет свою собственную экологическую нишу. Никакие два разных вида не могут занять одну и ту же экологическую нишу.

1. ВНУТРИВИДОВЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ.

Многообразное население популяции постоянно взаимодействует между собой, осуществляя внутривидовые взаимоотношения. Удовлетворение потребностей в питании, распределении кормовых угодий, выбор места для постройки гнезда, спаривание, выращивание потомства, охрана занимаемой территории, расселение и т. д. осуществляются при постоянных внутривидовых взаимодействиях (взаимоотношения) особей, входящих в каждую популяцию, которая и обеспечивает ее существование.

Борьба за существование - главный биотический фактор для вида - чем больше совпадают потребности, тем сильнее борьба.

Внутривидовая конкуренция:

1. Прямая конкуренция – животные дерутся между собой до смерти. У растений – аллопатия – выделение токсинов.

2. Косвенная конкуренция – опосредованная, т.е. не напрямую.

Внутривидовая конкуренция.

Имеющиеся ресурсы потребляются особями вида неодинаково. Те особи, которые используют данный ресурс в краевых, но зато менее оспариваемых местах его градиента, обладают более высокой индивидуальной приспособленностью, чем особи, потребляющие ресурс в зоне его оптимума, где конкуренция особенно велика. В период роста популяции первые особи используют оптимальные ресурсы. С увеличением ее плотности преимущества первых уменьшаются из-за внутривидовой конкуренции. Одновременно складываются благоприятные условия для отклоняющихся особей, использующих менее оспариваемый ресурс не в оптимальной зоне. Таким образом, увеличивается разнообразие ресурсов и местообитаний, освоенных данной популяцией в целом. Следовательно, внутривидовая конкуренция способствует расширению ниши и приближению реализованной ниши к фундаментальной. Однако понижение доступности самих ресурсов вызывает прямо противоположную реакцию.

Внутривидовые взаимоотношения:

– состязание;

– соперничество;

– взаимопомощь;

– сотрудничество (стадо).

10. МЕЖВИДОВЫЕ ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ОРГАНИЗМОВ.

Межвидовые отношения обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:

1. Пищевые (трофические) связи - формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;

2. Топические связи - основаны на особенностях местообитания, например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми, отношения между организмами и их паразитами и т.п.;

3. Форические связи - отношения по распространению семян, плодов и т.п.;

4. Фабрические связи - использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.

Взаимоотношения:

1. Взаимовредные: борьба за существование или межвидовая конкуренция; возникают обычно между организмами, претендующими на один и тот же ресурс

2. Взаимополезные: симбиоз (протокооперация (крабы и кишечнополостные) - каждый из партнеров может существовать самостоятельно при разрушении симбиоза; мутуализм (лишайники) - оба партнера настолько взаимозависимы, что удаление одного из партнеров приводит к неминуемой гибели их обоих)

3. Полезнонейтральные: комменсализм (сотрапезничество - потребление разных частей или веществ одной и той же пищи или последовательная переработка одного и того же вещества; нахлебничество (львы и гиены) - один организм питается остатками пищи другого; квартирантство (лиана и опора) - одни организмы используют другие как убежища или транспорт; синоикия – собака и репей;

4. Вреднонейтральные: аменсализм (травы растут под тенью дерева) - отношения отрицательны для одного вида, который угнетается другими видом, для которого эти отношения безразличны.

5. Полезновредные: хищничество (волк и заяц) - оба организма постоянно совершенствуются; паразитизм - адаптации паразита часто направлены на упрощение внутренней организации и приспособление к конкретному местообитанию на теле или в теле хозяина.

11. ПОНЯТИЕ ПОПУЛЯЦИИ. ЧИСЛЕННОСТЬ И ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ.

Популяция – минимальная самовоспроизводящаяся группа особей одного вида, занимающая определенную территорию, образующая единую генетическую систему и выполняющая в экосистеме одинаковую функцию.

Популяции могут занимать разные по размеру площади и условия обитания в пределах местообитания одной популяции тоже могут быть не одинаковы. Выделяют три типа популяций: элементарную, экологическую, географическую.

Элементарная (локальная) популяция – это совокупность особей одного вида, занимающих небольшой участок однородной площади. Между ними постоянно идет обмен генетической информацией.

ПРИМЕРЫ. Одна из нескольких стай рыб одного вида в озере.

Экологическая популяция – совокупность элементарных популяций, внутривидовые группировки, приуроченные к конкретным биоценозам. Растения одного вида в ценозе называются ценопопуляцией. Обмен генетической информацией между ними происходит достаточно часто.

ПРИМЕРЫ. Рыбы одного вида во всех стаях общего водоема; популяции белок в сосновых, елово-пихтовых и широколиственных лесах одного района.

Географическая популяция – совокупность экологических популяций, заселивших географически сходные районы. Географические популяции существуют автономно, ареалы их относительно изолированы, обмен генами происходит редко – у животных и птиц – во время миграций, у растений – при разносе пыльцы, семян и плодов. На этом уровне происходит формирование географических рас, разновидностей, выделяются подвиды.

Основные параметры популяции. Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема.

Динамика численности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции. Это показатели, характеризующие изменение популяции в течение определенного периода: месяца, сезона, года и т.д.

Смертность характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма, и играет главную роль в динамике численности популяции.

Стабильные, растущие и сокращающиеся популяции. Популяция приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения особей, т.е. процессами рождения (возобновления) и убывания (отмирания), дополняемыми процессами миграции.

1. Правило максимума размера колебаний плотности популяционного населения Ю. Одума: существуют определенные верхние и нижние пределы для размеров плотности (численности) популяции, которые соблюдаются в природе или которые теоретически могли бы существовать в течение сколь угодно длительного отрезка времени в условиях стабильности среды обитания.

2. Теория биоценотической регуляции численности популяции К. Фридерихса (1927): регулирование численности популяции есть результат комплекса воздействий абиотической и биотической среды в местообитании вида.

3. Правило максимальной рождаемости (воспроизводства): в популяции имеется тенденция к образованию теоретически максимально возможного количества новых особей.

Генетическая система – в природных условиях любая особь может передать генетическую информацию.

Единая функция – все особи одного вида питаются одинаковым образом.

Инбридинг – близкородственное скрещивание

Пространственная структура популяции.

1. Равномерное распределение – при нличии жесткой конкуренции организмы делят территорию.

2. Групповое распределение (грибы) Причина: неравномерное распределение ресурсов, особенности роста

3. Случайное распределение: на организм влияет много случайных действенных факторов.

Случайное (диффузное) распределение в природе встречается редко; оно наблюдается в случаях, когда среда очень однородна, а организмы не стремятся объединиться в группы (На начальных стадиях поселения и приживания – насекомые вредители на поле).

Групповое распределение встречается наиболее часто; отражает неоднородность условий обитания или разные онтогенетические (возрастные) закономерности популяции. Оно обеспечивает наибольшую устойчивость популяции.

Равномерное размещение бывает там, где между особями очень сильна конкуренция или существует антагонизм.

12. ВОЗРАСТНАЯ, ПОЛОВАЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОПУЛЯЦИИ.

В жизненном цикле особей обычно выделяют три возрастных периода: предрепродуктивный, репродуктивный и пострепродуктивный. Для растений характерен еще период первичного покоя, который они проходят в стадии поящихся семян. Каждый из периодов может быть представлен одной (простая структура) или несколькими (сложная структура) возрастными стадиями.

Соотношение возрастных групп в структуре популяции характеризуют ее способность к размножению и выживанию, и согласуется с показателями рож-даемости и смертности. В растущих популяциях с высокой рождаемостью преобладают молодые еще не репродуктивные особи, в стабильных – обычно это разновозрастные, полночленные популяции, у которых регулярно определенное число особей переходит из младших возрастных групп в старшие, рождаемость равна убыванию населения. В сокращающихся популяциях основу составляют старые особи, возобновление в них отсутствует или совсем незначительно.

Половая структура по генетическим законам должна быть представлена равным соотношением мужских и женских особей, т.е. 1:1. Но в силу специфики физиологии и экологии, свойственной разным полам, в силу их разной жизнеспособности, влияния факторов внешней среды, социальных, антропогенных могут быть значительные различия в этом соотношении. И эти различия неодинаковы как в разных популяцииях, так и в разных возрастных групппах одной и той же популяции.

Экологическая структура: (экология – наука о поведении)

Одиночный образ жизни следует выделить в первую очередь, хотя полностью одиночного существования организмов в природе нет, так как в этом случае было бы невозможно размножение.

Семейный образ жизни — усиливаются связи между родителями и потомством, начинает заметно проявляться территориальное поведение животных.

• Стая — временное объединение животных, проявляющих биологически полезную организованность действий (для защиты от врагов, добычи пищи, миграции и т. п.).

• Стадо — длительное или постоянное объединение животных, в котором осуществляются все основные функции жизни вида: добывание корма, защита от хищников, миграция, размножение, воспитание молодняка.

• Колония — это групповое поселение оседлых животных на длительное время или на период размножения.

13. J-ОБРАЗНАЯ КРИВАЯ РОСТА ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ.

14. S-ОБРАЗНАЯ КРИВАЯ РОСТА ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИИ.

Кривая выживания представляет собой график зависимости от времени числа выживших на данный момент особей для некоторой начальной группы новорожденных.

Все животные и растения подвержены старению, которое проявляется в снижении жизненной активности с возрастом после периода зрелости. Непосредственные причины смерти могут быть разными, но в основе их лежит уменьшение сопротивляемости организма к неблагоприятным факторам, например болезням.

Форма кривой выживания часто меняется при изменении плотности популяции. С увеличением плотности кривая становится более вогнутой, т.е. при увеличении численности организмов их смертность возрастает.

Существуют также внутривидовые различия в кривых выживания. Причины могут быть разные и нередко связаны с полом. Так, женщины живут дольше мужчин

Если при незначительной эмиграции и иммиграции рождаемость превышает смертность, то популяция будет расти.

• J-образная модель роста популяции. Со временем численность популяции становится больше. Рост происходит сначала медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциальному закону, т. е. кривая роста популяции принимает J-образный вид. Такая модель основывается на допущении, что рост популяции не зависит от ее плотности.

• S-образная модель роста популяции. Плотность популяции регулирует ис­тощение пищевых ресурсов, накопление токсикантов и поэтому влияет на рост численности. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, и кривая выходит на некоторый стабильный уровень (график образует плато).

К — поддерживающая емкость среды

Поддерживающая емкость играет решающую роль не только при росте популяции по S-образной, но также и по J-образной модели, т.к. в некоторый момент времени все же наступает исчерпание какого-либо ресурса среды, т. е. он (или даже несколько одновременно) становится лимитирующим.

Идеальность моделей роста

• Описанные модели роста популяции предполагают, что все организмы сходны между собой, имеют равную вероятность погибнуть и равную способность к размножению.

• Для природных популяций принятые допущения чаще всего неверны.

• При любой модели (как J-, так и S-образной) вначале характерна фаза экспоненциального роста численности популяции. Поэтому при сочетании благоприятных (оптимальных) значений всех факторов среды возникает «популяционный взрыв», т.е. особо быстрый рост популяции того или иного вида.

• Миграция или расселение, так же как и внезапное снижение скорости размножения, могут способствовать уменьшению численности популяции.

• Применительно к условиям реальной природной среды принято использовать понятия биотический потенциал — совокупность всех экологических факторов, способствующих увеличению численности популяции, или видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со стороны среды, а также сопротивление среды — сочетание факторов, ограничивающих рост (лимитирующих факторов). Любые изменения популяции есть результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей среды.

15. КОЛЕБАНИИЯ ЧИСЛЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ.

По достижении заключительной фазы роста размеры популяции продолжают колебаться от поколения к поколению вокруг некоторой более или менее постоянной величины.

1. Виды, у которых численность из года в год находится на уровне поддерживающей емкости среды, имеют достаточно стабильные популяции. Такое постоянство характерно для многих видов дикой природы и встречается, например, в нетронутых тропических влажных лесах.

2. У других видов колебания численности популяций носят правильный циклический характер. Например, тучи комаров; поля, заросшие цветами; леса, полные птиц, — все это характерно для теплого времени года в средней полосе и сходит практически на нет зимой.

3. Внезапное увеличение численности происходит при временном повышении емкости среды для данной популяции и может быть связано с улучшением климатических условий и питания или резким уменьшением численности хищников. После превышения новой, более высокой емкости среды в популяции возрастает смертность и ее размеры резко сокращаются.

Основные кривые изменения численности популяций различных видов: 1 — стабильный; 2 — цикличный (периодический); 3 — скачкообразный (неравномерный)

16. ГЕНЕТИЧЕСКАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ОРГАНИЗМОВ В ПОПУЛЯЦИЯХ. ЗАКОН ХАРДИ-ВАЙНБЕРГА.

Эволюция – наследственное изменение свойств живых организмов в ряду поколений. Это означает, что отдельные особи не могут эволюционировать. Каждая особь развивается на основе генотипа, унаследованного от родителей. Совокупность генотипов всех особей в популяции называют генофондом. В ходе эволюции меняется набор генотипов в генофонде популяций. Одни генотипы распространяются, а другие становятся редкими и постепенно исчезают. Если особь погибает до размножения или не оставляет потомков, то вместе с ее смертью пресекается распространение и ее генотипа.

Однако условия жизни изменяются постоянно и непредсказуемо. То, что было полезным в предыдущем поколении, может оказаться вредным в последующем и наоборот.

Не остаются постоянными и сами генотипы. Отдельные их элементы– гены – также меняются со временем. Разные мутации в разных генах возникают у разных особей, меняя при этом генотипы потомков этих особей. Все организмы с половым размножением передают потомкам свои генотипы не полностью, а частично - каждый потомок получает половину генов от матери и половину от отца и оказывается носителем уникальной комбинацией аллелей, полученных от родителей. Каждая особь имеет уникальный генотип, который лишь частично передается (или не передается вовсе) ее потомкам.

Состояние генов (аллелея) бывает доминантным и рецессивным. Накопление мутаций происходит независимо от того хотим мы этого или нет.

Условия эволюционирования:

1. Размножаемая популяция должна быть очень большой

2. Размножение должно быть случайным, ничем не ограниченным

3. Особи должны быть одинаково плодовиты

Закон Харди-Вайнберга — это закон популяционной генетики — в популяции бесконечно большого размера, в которой не действует отбор, не идет мутационный процесс, отсутствует обмен особями с другими популяциями, не происходит дрейф генов, все скрещивания случайны — частоты генотипов по какому-либо гену (в случае если в популяции есть два аллеля этого гена) будут поддерживаться постоянными из поколения в поколение и соответствовать уравнению:

p² + 2pq + q² = 1

Где p² — доля гомозигот по одному из аллелей; p — частота этого аллеля; q² — доля гомозигот по альтернативному аллелю; q — частота соответствующего аллеля; 2pq — доля гетерозигот.

Закон Харди — Вайнберга для двух аллелей: по оси абсцисс показаны частоты аллелей p и q, по оси ординат — частоты генотипов. Каждая кривая соответствует одному из трех возможных генотипов

Биологический смысл закона Харди-Вайнберга

Процесс наследования не влияет сам по себе на частоту аллелей в популяции, а возможные изменения её генетической структуры возникают вследствие других причин.

17. КОНЦЕПЦИЯ БИОГЕОЦЕНОЗА СУКАЧЕВА.

Биогеоценоз – исторически сложившееся единство живого вещества и его окружения на определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

Учение о биогеоценозе разработано Владимиром Сукачёвым в 1940 году.

Близким по значению понятием является экосистема — система, состоящая из взаимосвязанных между собой сообществ организмов разных видов и среды их обитания. Экосистема — более широкое понятие, относящееся к любой подобной системе. Биогеоценоз, в свою очередь — класс экосистем, экосистема, занимающая определенный участок суши и включающая основные компоненты среды — почву, подпочву, растительный покров, приземный слой атмосферы. Не являются биогеоценозами водные экосистемы, большинство искусственных экосистем. Таким образом, каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз.

Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп — это совокупность абиотических факторов в пределах территории, которую занимает биогеоценоз. Экотоп — это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

Свойства биогеоценоза:

1. естественная, исторически сложившаяся система

2. система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне

3. характерен круговорот веществ

4. открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой — Солнце

Механизмы устойчивости биогеоценозов:

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

1. достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.

2. богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.

3. многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.

4. средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.

5. направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые — меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.

18 СТРУКТУРА БИОГЕОЦЕНОЗА: ЕГО ГРАНИЦЫ И ВЕРТИКАЛЬНАЯ ДИФФЕРЕНЦИАЦИЯ.

Пространственная структура. Эта структура биогеоценоза определяется прежде всего сложением фитоценоза. Как правило, фитоценозы расчленены на достаточно хорошо отграниченные в пространстве (по вертикали и по горизонтали), а иногда и во времени элементы структуры, или ценоэлементы. К основным ценоэлементам относятся ярусы и микрогруппировки. Первые характеризуют вертикальное, вторые — горизонтальное расчленение фитоценозов.

Основной фактор, определяющий вертикальное распределение растений, — количество света, обусловливающее температурный режим и режим влажности на разных уровнях над поверхностью почвы в биогеоценозе. Растения верхних ярусов более светолюбивы, чем низкорослые, и лучше них приспособлены к колебаниям температуры и влажности воздуха; нижние ярусы образованы растениями менее требовательными к свету; травянистый покров леса в результате отмирания листьев, стеблей, корней участвует в процессе почвообразования и тем самым влияет на растения верхнего яруса.

Ярусы (I—V) особенно хорошо заметны в лесах умеренного пояса (рис. 14.4). В них можно выделить 5-6 ярусов: первый (верхний) ярус образуют деревья первой величины (дуб черешчатый, липа сердцевидная, вяз гладкий и др.); второй — деревья второй величины (рябина обыкновенная, дикие яблоня и груша, черемуха и др.); третий ярус составляет подлесок, образованный кустарниками (лещина обыкновенная, крушина ломкая, бересклет европейский и др.); четвертый ярус состоит из высоких трав (чи-стец лесной, крапива, сныть обыкновенная) и кустарничков (черника); пятый ярус сложен из низких трав (осока волосистая, копытень европейский); в шестом ярусе — мхи, лишайники.

Рис14.4. Ярусность в лесном фитоценозе.

Животные также преимущественно приурочены к тому или иному ярусу растительности. Например, среди птиц есть виды, гнездящиеся только на земле (фазановые, тетеревиные, трясогузки, коньки, овсянки), другие — в кустарниковом ярусе (дрозды, славки, снегири) или в кронах деревьев (зяблики, щеглы, корольки, крупные хищники и др.).

Подземная ярусность фитоценозов, как правило, отсутствует. Установлено, что за очень редким исключением общая масса подземных органов закономерно снижается сверху вниз. Особенно существенно убывание количества мелких сосущих корней, основная масса которых приурочена к верхнему горизонту почвы, где сосредоточено более 90% всех корней. Такое распределение активной части корней связано с образованием в поверхностных горизонтах почвы наибольшего количества доступных для растений элементов минерального питания, в первую очередь азота. В ряде случаев играет роль ухудшение (сверху вниз) условий аэрации. Все это определяет даже для глубоко укореняющихся растений значимость использования поверхностного горизонта почвы, в которой они формируют постоянно или временно существующие корни. Доказательством этого служит, например, приуроченность к одному и тому же горизонту почвы поверхностно укореняющихся усваивающих корней кислицы обыкновенной и более глубоко укореняющейся ели.

Расчлененность (неоднородность) в горизонтальном направлении — мозаичность — свойственна практически всем биогеоценозам. Мозаичность выражается наличием в бигеоценозе различных микрогруппировок, которые различаются видовым составом, количественным соотношением разных видов, сомкнутостью, продуктивностью и другими признаками и свойствами.

Неравномерность в распределении видов живых организмов в пределах биогеоценозов и связанная с этим мозаичность обусловлены рядом причин: особенностями биологии размножения и формы растений, неоднородностью почвенных условий (наличие понижений и повышений), средообразующим влиянием растений и др. Мозаичность может возникнуть в результате деятельности животных (образованием муравейников, вытаптыванием травостоя копытными и др.) или человека (выборочная рубка, кострища и т. д.).

19. ДИНАМИКА СООБЩЕСТВ. СУКЦЕССИЯ И КЛИМАКС.

Любая экосистема динамична, в ней постоянно происходят изменения в состоянии ее основных компонентов и соотношении популяций. Одной из характерных особенностей экосистем (биогеоценозов) является их суточная, сезонная и многолетняя динамика.

Суточная динамика. В каждом биогеоценозе имеются группы организмов, активность жизни которых выпадает на разное время суток. Одни активны в ночное время, а днем скрываются в каких-либо убежищах. Другие ночью пассивны. Таким образом, наблюдаются периодические изменения в составе и соотношении отдельных популяций экосистемы. Суточную динамику проявляют не только животные, но и растения (фотосинтез невозможен в темноте; некоторые цветы раскрываются только ночью и опыляются ночными животными). Не происходит качественных изменений.

Многолетняя динамика. Она зависит от изменений по годам метеорологических (климатических) условий и других внешних факторов, действующих на сообщество. Кроме того, многолетняя периодичность может быть связана с особенностями жизненного цикла растений-эдификаторов ( Эдификатор (от лат. edificator - строитель) - основные растения, определяющие характер растительного сообщества (например, ель в еловом лесу), с повторением массовых размножений животных или патогенных для растений микроорганизмов и т. д.

Сезонная динамика. Она выражается в изменении не только состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов в зависимости от циклов их размножения, сезонных миграций и др. Смена времен года оказывает влияние на жизнедеятельность растений и животных (периоды цветения, плодоношения, активного роста, листопада, зимнего покоя у растений; спячка, зимний сон, миграции у животных). Сезонной динамике подвержена и ярусная структура экосистемы: отдельные ярусы растений могут полностью исчезнуть в соответствующие сезоны года, например, травянистый ярус, состоящий из однолетних растений. Приводит к перестройкам внутри сообщества. Изменяется функционирование сообщества.

Сукцессия - смена одних биоценозов другими на определенном участке земной поверхности за некоторый период времени.

Для каждой природной зоны существуют климаксные сообщества. Завершающее сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой.

Климакс - стабильное, конечное состояние развития экосистемы в условиях данной среды.

1. Первичная сукцессия. Тип сукцессии, начинающейся с заселения исходно безжизненного пространства (например, песчаных дюн, бывшего ложа ледника, отвалов горных пород, продуктов извержения вулканов)

2. Вторичная сукцессия. Сукцессия, начинающаяся там, где поверхность полностью или в значительной степени лишена растительности, но прежде находилась под влиянием живых организмов и содержит органические вещества. Таковы, например, лесные вырубки, выгоревшие участки или заброшенные сельскохозяйственные угодья.

В ходе сукцессии улучшается среда и появляется возможность появления нового сообщества. Заканчивается образованием климаксного сообщества.

К типичным наземным климаксным сообществам относятся листопадные леса. Большая часть первичной продукции производится в древесном пологе, наиболее интенсивное разложение идет на уровне земли. Важной особенностью лесного сообщества является разделение его на ярусы. Наблюдаемая в лесу ярусность - пример разделения экологических ниш разными организмами, хотя некоторые из них могут использовать разные ярусы (например, белки живут в основном на деревьях, но спускаются и в кустарники, а иногда и на землю). В пределах одного яруса разные животные находят разную пищу.

20. ПРИРОДАНЯ ЗОНАЛЬНОСТЬ. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОСНОВНЫХ ПРИРОДНЫХ ЗОН РОССИИ.

Шарообразную поверхность Земли Солнце нагревает неодинаково: больше всего тепла получают участки, над которыми оно стоит высоко. Чем дальше от экватора, тем под большим углом лучи достигают земной поверхности и, следовательно, меньше тепловой энергии приходится на единицу площади. Над полюсами лучи Солнца только скользят над Землей. От этого зависит климат: жаркий у экватора, суровый и холодный у полюсов. С этим же связаны основные черты распределения растительности и животного мира. По особенностям распределения тепла выделяют семь тепловых поясов. В каждом полушарии есть пояса вечного мороза (вокруг полюсов), холодные, умеренные. Жаркий пояс у экватора — один на оба полушария. Тепловые пояса — основа деления земной поверхности на географические зоны: районы, сходные по преобладающим типам ландшафтов — природно-территориальным комплексам, обладающим общностью климата, почв, растительности и животного мира.

На экваторе и вблизи него расположен пояс влажных экваториальных и субэкваториальных лесов к северу и югу от него, сменяя друг друга, протянулись пояса тропиков и субтропиков с лесами, пустынями и саваннами, умеренный пояс со степями, лесостепями и лесами, далее простираются безлесные пространства тундры, и, наконец, у полюсов располагаются полярные пустыни.

Вертикальная поясность также связана с количеством тепла, но только зависит это от высоты над уровнем моря. При подъеме в горы меняются климат, тип почв, растительность и животный мир. Интересно, что даже в жарких странах можно встретить ландшафты тундры и даже ледяной пустыни. Но для того, чтобы это увидеть, придётся подняться высоко в горы.

Основные природные зоны России.

Территорию России пересекают следующие природные зоны: арктических пустынь, тундровая, лесотундровая, тайги, смешанных и широколиственных лесов, лесостепная, степная, полупустынная, пустынная. Самую большую площадь занимают лесные зоны. К северу и к югу от них расположены лесотундровая и лесостепная и далее безлесные зоны. Существование безлесных зон на севере обусловлено суровым арктическим и субарктическим климатом, а на юге — большой сухостью.

Тундра – основными эдификаторами являются мхи и лишайники. Сукцессии идут медленно. Средняя температура июля не превышает + 10°С. Не больше двух-трех недель длится лето. В это время температура воздуха может достигать +20 °С... +25 °С. Зима долгая, холодная (8—9 месяцев, средняя температура января -36°С). Погода неустойчивая, характерны резкие ветры (до 10 м/с), пурга. Характерные животные: лемминги, северный олень, песец, полярная сова, полярный волк, росомаха.

Тайга. Эдификаторы: вечно зеленые хвойные деревья.

Европейская часть – тайга еловая

Западная Сибирь – лиственная

Средняя Сибирь – кедрово-еловая тайга

Восточная Сибирь – лиственничная тайга.

Выражена сезонная динамика.

Характерны животные: бурундук, белка, клест, дятел

Многовековые сукцессии.

Зона листопадных лесов.

Около 100 мм осадков в год. Высокие температурные показатели. Характерна сложная ярусность.

Степная зона.

Осадки – 250-750 мм в год. Сезонность выпадения осадков. Имеется засушливый сезон. Эдификаторы – ковыли. Животные: сайгак, кулан. Происходит накопление гумуса.

Пустыни.

Дефицит влаги. Резкий контраст температур. Однолетние растения. Засоленные почвы.

21. КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ.

В 1935 г. А. Тенсли предложил понятие "экосистема" для любой совокупности организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества. Он считал экосистемы "основными природными единицами на поверхности Земли", в которые входит "не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих среду".

Таким образом, экосистема - это любая совокупность взаимодействующих живых организмов и условий среды, функционирующая как единое целое за счет обмена веществом, энергией и информацией.

Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное тем или иным сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом.

Любой биоценоз образует с биотопом целостность, единство, биологическую систему еще более высокого ранга - биогеоценоз. Термин "биогеоценоз" предложил в 1940 г. В.Н. Сукачев.

По определению В.Н. Сукачева (1880-1967), биогеоценоз - "это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою, особую специфику взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии".

Существует мнение, что содержание термина "биогеоценоз" в значительно большей степени отражает структурные характеристики изучаемой макросистемы, тогда как в понятие "экосистема" вкладывается прежде всего ее функциональная сущность.

Обязательным компонентом биогеоценоза является фитоценоз, или растительное сообщество. В то же время экосистема может быть и без растительного сообщества, а также и без почвы (например, труп животного, ствол дерева в стадиях разложения и населенности различными организмами). Таким образом, любой биогеоценоз может быть назван экосистемой, в то время как не каждая экосистема может быть названа биогеоценозом.

Экосистема есть основная функциональная единица живой природы, включающая и организм, и абиотическую среду, причем каждая часть влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни в том виде, в каком она существует на Земле. Как уже отмечалось, существование и функционирование экосистем связано с обменом веществом, энергией и информацией между совокупностью живых организмов и средой.

Организмы получают из неорганической среды информацию об особенностях химических элементов и соединений и об их распределении. Неорганическая среда получает информацию от живых организмов о продуктах их метаболизма (обмена веществ). Живые существа также обмениваются между собой информацией: это могут быть сигналы об опасности, наличии пищи, обращение к половому партнеру, агрессия (предупреждение сопернику) и т. д.

Информационные связи в природе ограничены в пространстве и во времени.

22. ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПИЩЕВЫХ ЦЕПЯХ.

Пищевой цепью называется перенос энергии, заключенной в растительной пище, через ряд организмов в процессе их поедания друг другом.

Организмы, получающие свою энергию от Солнца через одинаковое число ступеней, принадлежат к одному трофическому

уровню (от греч. trophe - питание, пища), т. е. это совокупность организмов, занимающих определенное положение в общей цепи питания. Зеленые растения (автотрофы) занимают первый трофический уровень (уровень продуцентов), травоядные - второй (уровень первичных консументов), первичные хищники, поедающие травоядных, - третий (уровень вторичных консументов), вторичные хищники - четвертый (уровень третичных консументов).

Трофические уровни и экологическая пирамида

Различают два типа пищевых цепей: пастбищная и детритная.

Пастбищная цепь (цепь выедания) - может рассматриваться как процесс синтеза и трансформации органического вещества, например, зеленое растение растительноядное животное хищник.

Детритная цепь (цепь разложения) - представляет собой процесс поэтапной деструкции и минерализации органических веществ, например,

Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены. Они составляют так называемые пищевые сети. Принцип образования пищевых сетей состоит в следующем. Каждый продуцент имеет не одного, а несколько консументов. В свою очередь, консументы, среди которых преобладают полифаги (от греч. poly - много), пользуются не одним, а несколькими источниками питания.

23. ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ И ТРОФИЧЕСКИЕ ПИРАМИДЫ.

В результате взаимодействия в пищевых цепях при переносе энергии каждое сообщество приобретает определенную трофическую структуру.

В общем случае трофическую структуру можно определить количеством энергии, фиксируемой на единицу площади в единицу времени на последовательных трофических уровнях, и изобразить графически в виде экологических пирамид, основанием которых служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Данное явление было изучено Ч. Элтоном в 1927 г.

Различают три основных типа экологических пирамид.

Пирамида чисел (число особей/м2) отражает численность организмов на разных трофических уровнях. В случае пастбищных пищевых цепей леса, когда продуцентом служит дерево, а первичными консументами - насекомые, уровень первичных консументов численно богаче особями уровня продуцентов. В этом случае пирамиду чисел называют обращенной.

Пирамида биомасс характеризует общую сухую массу органического вещества на разных трофических уровнях (сухая масса органических веществ г/м2).

Для наземных экосистем пирамида биомасс имеет вид, представленный на рис. А.

Для водных экосистем закономерности соотношения биомасс на разных трофических уровнях имеют специфику. Пирамида биомасс для водных экосистем может быть перевернута, т. е. биомасса животных, потребляющих растительную продукцию, больше биомассы растительных организмов (рис. Б). Причиной этого явления могут служить резкие различия в продолжительности жизни организмов рассматриваемых уровней. Например, уровень продуцентов представлен в основном фитопланктоном с достаточно коротким периодом жизни (часы, дни), уровень консументов - более долгоживущими организмами - зоопланктоном или другими, питающимися фитопланктоном животными (рыбы, моллюски, киты и др.). Они накапливают биомассу годами и десятилетиями.

Пирамида энергий (Дж/м2Чгод) показывает величину энергетического потока или "продуктивность" на последовательных трофических уровнях. Энергетическая пирамида всегда сужается кверху при условии, что учтены все источники энергии, поступающей в систему с пищей.

Из трех типов экологических пирамид пирамида энергий дает наиболее полное представление о функциональной организации сообщества. Число и масса организмов, которых может поддерживать какой-либо трофический уровень в тех или иных условиях, зависит не от количества фиксированной энергии, имеющейся в данное время на предыдущем уровне, а от скорости продуцирования пищи. В противоположность пирамидам чисел и биомасс, отражающим статику системы, пирамида энергий отражает картину скоростей прохождения массы пищи через пищевую цепь

Закон пирамиды энергий: с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10% энергии (закон Линдемана). Его следствием является ограниченная длина пищевых цепей. Из закона вытекает очень важное правило, заключающееся в том, что переход с одного трофического уровня на другой порядка 10% энергии не ведет к пагубным для экосистемы последствиям.

Использование правила 10% позволяет определять возможный и безопасный объем промысла особей.

24. УЧЕНИЕ О БИОСФЕРЕ. СТРУКТУРА МЕГАБИОСФЕРЫ.

Термин "биосфера" в конце XIX в. утвердил в научном обиходе знаменитый австрийский геолог Э. Зюсс. Автор современного учения о биосфере В. И. Вернадский (1863-1945) стал употреблять термин "биосфера" с 1911 г., но впервые дал его определение в 1923 г. и с тех пор не менее 15 раз его уточнял, подчеркивая, что биосфера - это "особая охваченная жизнью оболочка" Земли - область распространения живого вещества на планете.

Биосферой В.И. Вернадский назвал ту область нашей планеты, в которой существует или когда-либо существовала жизнь и которая постоянно подвергается или подвергалась воздействию живых организмов. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или былым биосферам. В качестве примеров палеобиосфер можно привести безжизненные скопления органических веществ (залежи каменных углей, нефти, горючих сланцев и т. п.). Значение организмов обусловлено их большим разнообразием, повсеместным распространением, длительностью существования в истории Земли, избирательным характером биохимической деятельности и исключительно высокой химической активностью по сравнению с другими компонентами природы.

Всю совокупность организмов на планете В.И. Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в качестве его основных характеристик суммарную массу, химический состав и энергию.

Закон константности, сформулированный В.И. Вернадским, гласит:

Количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть величина постоянная.

Если живое вещество равномерно распределить по поверхности нашей планеты, то оно покроет ее слоем толщиной только в 2 см.

В 20-х годах нашего века В.И. Вернадский разработал представление о биосфере как глобальной единой системе Земли, где весь основной ход геохимических и энергетических превращений определяется жизнью, и впервые создал учение о геологической роли живых организмов.

Биосфера Земли представляет собой глобальную открытую систему со своими "входом" и "выходом". Ее "вход" - это поток солнечной энергии, поступающей из космоса, "выход" - те образованные в процессе жизнедеятельности организмов вещества, которые в силу каких-либо причин ускользнули из биотического круговорота.

Земля как планета характеризуется значительным разнообразием природных условий. Это определяется ее шарообразной

формой, ее движением вокруг Солнца и вокруг собственной оси, что, в свою очередь, обусловливает широтное и сезонное изменение интенсивности поступления солнечной активности; значительное разнообразие природных условий создается и сложным рельефом Земли. Но основное разнообразие биосферы Земли создается живыми организмами. Считают, что в современной биосфере представлено около 2 млн. видов живых организмов (за все время существования биосферы их было не менее 1 млрд!).

Характерной особенностью биосферы как динамической системы является ее неравномерность (неравновесность) - следствие работы живого вещества и притока солнечной энергии.

Функции биосферы:

1. закрепление подвижных элементов в верхней части атмосферы.

2. регуляция круговорота воды

3. регуляция климата

4. поддержание постоянства состава

5. синтез органического вещества

6. почвообразование

7. деструкция органического вещества

Структура мегабиосферы:

Эубиосфера - биосфера как таковая. Над и под эубиосферой лежат парабиосфера и метабиосфера, куда живое попадает лишь случайно, далее - апобиосфера и абиосфера, куда живое уже не попадает даже случайно. Общая толща эубиосферы оценивается в 12-17 км.

Парабиосфера - слои атмосферы (между 6-7 и 60-80 км над поверхностью Земли), куда живые организмы попадают случайно и где они могут временно существовать, но ненормально жить и размножаться.

Апобиосфера - высшие слои атмосферы, в которые никогда не поднимаются живые организмы и куда биогенные вещества заносятся лишь в очень незначительном количестве.

Мегабиосфера - слой атмосферы, вся гидросфера и часть литосферы, где постоянно или временно присутствуют и размножаются живые организмы или они в прошлом были преобразованы или испытывали влияние "былых биосфер". Мегабиосфера состоит из панбиосферы и метабиосферы.

Метабиосфера - слой литосферы; часть мегабиосферы, преобразованная жизнью, в которой, однако, живые организмы ныне не присутствуют.

Панбиосфера - слои атмосферы, вся гидросфера и часть литосферы, где постоянно или временно присутствуют живые организмы. Панбиосфера есть совокупность парабиосферы, собственно биосферы и гипобиосферы.

Гипобиосфера - часть панбиосферы, слой литосферы, куда живые организмы могут попадать лишь в результате случайных причин и где они в состоянии временно существовать, но не нормально жить и размножаться.

25. ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО И ЕГО ФУНКЦИИ.

С точки зрения современной науки, живое вещество обладает некоторыми специфическими свойствами и выполняет в биосфере определенные биогеохимические функции.

Специфические свойства и особенности живого вещества:

1. Живое вещество биосферы характеризуется большим запасом энергии.

2. Резкое различие между живым и неживым веществом наблюдается в скорости протекания химических реакций (в живом веществе реакции идут в тысячи, а иногда в миллионы раз быстрее).

3. Отличительной особенностью живого вещества является то, что слагающие его индивидуальные химические соединения - белки, ферменты и др. - устойчивы только в живых организмах.

4. Произвольное движение, в значительной степени саморегулируемое, является общим признаком всякого живого вещества в биосфере.

5. Живое вещество обнаруживает значительно большее морфологическое и химическое разнообразие, чем неживое. Известно свыше

6. 2 млн. органических соединений, входящих в состав живого вещества, в то время, как количество природных соединений (минералов) неживого вещества составляет около 2 тыс., т. е. на три порядка меньше.

7. Живое вещество представлено в биосфере в виде индивидуальных организмов, размеры которых колеблются в огромных пределах. Величина самых мелких вирусов не превышает 20 нм (1 нм = 10-9м), самые крупные животные - киты - достигают 33 м в длину, самое большое растение - секвойя - 100 м в высоту.

Основные биогеохимические функции живого вещества:

1. Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно-планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. В основе этой функции лежит фотосинтетическая деятельность зеленых растений, в процессе которой происходит аккумуляция (накопление) солнечной энергии и ее перераспределение между отдельными компонентами биосферы. За счет накопленной солнечной энергии протекают все жизненные явления на Земле.

2. Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества создаются основные газы: азот, кислород, углекислый газ, сероводород, метан и др.

3. Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов окру-

4. жающей среды. В составе живого вещества преобладают атомы легких элементов: водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде. Этим объясняется неоднородность химического состава биосферы и ее существенное отличие от состава неживого вещества планеты.

5. Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении главным образом тех веществ, которые содержат атомы с переменной степенью окисления (соединения железа, марганца и др.) При этом на поверхности Земли преобладают биогенные процессы окисления и восстановления.

6. Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которой происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. В результате образуются также биогенное и биокосное вещество биосферы.

7. Средообразующая функция заключается в преобразовании физико-химических параметров среды в результате процессов жизнедеятельности. В. И. Вернадский писал: "Организм имеет дело со средой, к которой он не только приспособлен, но которая приспособлена к нему".

8. Транспортная функция - это осуществление переноса вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении. Живое вещество - единственный (помимо поверхностного натяжения) фактор, обусловливающий обратное перемещение вещества - снизу вверх, из океана - на континенты, реализующий тем самым "восходящую" ветвь биогеохимических циклов.

26. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ. РЕЗЕРВНЫЙ И ПОДВИЖНЫЙ ФОНДЫ.

Чтобы биосфера могла существовать и развиваться, на Земле постоянно должен происходить круговорот биологически важных веществ, т. е. после использования они должны вновь переходить в усвояемую для других организмов форму. Этот переход биологически важных веществ может осуществляться только при определенных затратах энергии, источником которой является Солнце.

Ученый В. Р. Вильямс считает, что солнечная энергия обеспечивает на Земле два круговорота веществ - геологический, или большой, круговорот и биологический, малый, круговорот.

Геологический круговорот наиболее четко проявляется в круговороте воды. На Землю от Солнца ежегодно поступает 5,24ґ1024 Дж излучаемой энергии. Около половины ее расходуется на испарение воды. При этом из океана испаряется воды больше, чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, больше выпадает осадков, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в реки и озера, а оттуда - снова в океан (перенося при этом определенное количество минеральных соединений). Это и обусловливает большой круговорот в биосфере, основанный на том, что суммарное испарение воды с Земли компенсируется выпадением осадков.

С появлением живого вещества на основе геологического круговорота возник круговорот органического вещества, биологический (малый) круговорот.

По мере развития живой материи из геологического круговорота постоянно извлекается все больше элементов, которые вступают в новый, биологический круговорот. В отличие от простого переноса минеральных веществ в большом круговороте, как в виде растворов, так и в виде механических осадков, в малом круговороте самыми важными моментами являются синтез и разрушение органических соединений. В противоположность геологическому, биологический круговорот обладает ничтожной энергией. На создание органического вещества, как известно, затрачивается всего 0,1-0,2% всей поступающей на Землю солнечной энергии (на геологический круговорот - до 50%). Несмотря на это, энергия, вовлеченная в биологический круговорот, производит огромную работу по созданию первичной продукции.

С появлением на Земле живой материи химические элементы непрерывно циркулируют в биосфере, переходя из внешней среды в организмы и опять во внешнюю среду. Такая циркуляция веществ по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом.

Основными биогеохимическими циклами являются круговороты кислорода, углерода, воды, азота, фосфора, серы и других биогенных элементов.

Биогенная миграция вещества - одна из форм всеобщей миграции элементов в природе. Под биогенной геохимической миграцией следует понимать миграцию органического и косного вещества, участвующего в росте и развитии живых организмов и производимого последними в результате сложных биохимических и биогеохимических процессов. В.И. Вернадский сформулировал закон биогенной миграции атомов в следующем виде:

Миграция химических элементов в биосфере осуществляется или при непосредственном участии живого вещества (биогенная миграция), или же протекает в среде, геохимические особенности которой (О2, СО2, Н2 и т. д.) обусловлены живым веществом (тем, которое населяет биосферу в настоящее время, и тем, которое действовало на Земле в течение всей геологической истории).

Процессы, происходящие в различных оболочках Земли, находятся в состоянии динамического равновесия, и изменение хода какого-либо из них влечет за собой бесконечные цепочки подчас необратимых явлений. В каждом природном круговороте целесообразно два "фонда":

1. Резервный фонд - большая масса медленно движущихся веществ, в основном неорганической природы;

2. Подвижный - меньший, но более активный, для которого характерен быстрый обмен между организмами и окружающей средой.

Подвижный фонд образуется за счет веществ, которые возвращаются в круговорот либо за счет первичной экскреции животными, либо при разложении детрита микроорганизмами.

Если иметь в виду биосферу в целом, то биогеохимические циклы можно подразделить на два основных типа:

1. круговорот газообразных веществ с резервным фондом в атмосфере или гидросфере;

2. осадочный цикл с резервным фондом в земной коре.

27. ОСАДОЧНЫЕ ЦИКЛЫ. КРУГОВОРОТЫ ФОСФОРА И СЕРЫ.

Осадочный цикл. Большинство элементов и соединений «привязаны» к Земле. Их круговороты входят в общий осадочный цикл. Циркуляция в таком цикле осуществляется путем эрозии, горообразования, вулканической деятельности, образование осадка. К осадочных циклов относят круговорот фосфора, серы, натрия, кальция.

Круговорот фосфора - пример осадочного цикла с резервным фондом в земной коре. Фосфор - важный и необходимый элемент протоплазмы. Он циркулирует, переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями. Водоросли и наземные растения содержат 0,01-0,1% фосфора, животные - от 0,1% до нескольких процентов. В организмах фосфор входит в состав орто- и пирофосфорных кислот, а также многочисленных органических соединений. Нуклеиновые кислоты, содержащие фосфор, участвуют в процессах передачи наследственности.

Круговорот фосфора (по П. Дювиньо и М. Тангу)

Общий круговорот фосфора состоит из двух частей - морской и наземной. В горных породах фосфор сосредоточен главным образом в фосфоритах и апатитах (а всего известно 190 минералов, содержащих фосфор). В процессе выветривания (разрушение минералов и горных пород под действием физических и химических атмосферных факторов) и перемещения продуктов выветривания горных пород водой, ветром, льдом или под воздействием силы тяжести с более высоких уровней на более низкие фосфор переносится природными водами в Мировой океан. В соленых морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, который служит пищей другим организмам моря, с последующим накоплением в тканях морских животных, в частности рыб. Определенное количество фосфора переносится на сушу морскими птицами и благодаря рыболовству.

Круговорот серы.

Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO2, SO3, H2S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы SO42 почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, - в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

28. КРУГОВОРОТЫ УГЛЕРОДА И ВОДЫ.

В круговороте углерода (углекислого газа) атмосферный фонд очень невелик в сравнении с запасами углерода, входящего в состав многочисленных органических и неорганических соединений. Основным источником этих поступлений считается сгорание горючих ископаемых, однако свой вклад вносят развитие сельского хозяйства и уничтожение лесов. Леса - важные накопители углерода, так как в их биомассе содержится в 1,5 раза, а в лесном гумусе - в 4 раза больше углерода, чем в атмосфере.

Круговорот углерода (по Б. Болину с изменениями)

Миграция углерода в биосфере Земли протекает двумя путями. Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием органических веществ и в последующем "захоронении" их в литосфере в виде торфа, угля, нефти, горючих сланцев, осадочных горных пород. По второму пути миграция углекислого газа осуществляется при растворении его в водах Мирового океана, где СО₂ переходит в Н₂СО3, НСО₃-, СО₃2-, а затем биогенным (зоо- или фитогенным) или хемогенным путем соединяется с кальцием, образуя огромные массы СаСО₃ (известковые скелеты некоторых беспозвоночных, известковые водоросли и известковые илы), в результате чего возникают мощные толщи карбонатных пород.

Кроме СО2 в атмосфере присутствуют в небольших количествах еще два углеродных соединения: оксид углерода (II) - СО и метан СН4. Как и СО2, эти соединения находятся в быстром круговороте.

Круговорот Воды.

Геологический круговорот наиболее четко проявляется в круговороте воды. На Землю от Солнца ежегодно поступает 5,24ґ1024 Дж излучаемой энергии. Около половины ее расходуется на испарение воды. При этом из океана испаряется воды больше, чем возвращается с осадками. На суше, наоборот, больше выпадает осадков, чем испаряется воды. Излишки ее стекают в реки и озера, а оттуда - снова в океан (перенося при этом определенное количество минеральных соединений). Это и обусловливает большой круговорот в биосфере, основанный на том, что суммарное испарение воды с Земли компенсируется выпадением осадков.

29. КРУГОВОРОТ АЗОТА В ПРИРОДЕ.

Круговорот азота - это пример саморегулирующегося цикла с большим резервным фондом в атмосфере. Воздух, на 78% состоящий из азота, представляет собой крупнейший "резервуар" и одновременно, вследствие своей малой химической активности, - "предохранительный клапан" системы. Азот постоянно поступает в атмосферу благодаря деятельности денитрифицирующих бактерий и постоянно извлекается из атмосферы в результате деятельности азотфиксирующих бактерий и некоторых водорослей (биохимическая фиксация азота), а также действия электрических разрядов при грозе.

Круговорот азота складывается из следующих процессов: фиксация, ассимиляция, нитрификация, денитрификация, разложение, выщелачивание, вынос, выпадение с осадками и т. д.

Круговорот азота (по П. Дювиньо и М. Тангу)

Круговорот азота в биосфере носит весьма своеобразный и замедленный характер. Фиксация азота в живом веществе осуществляется ограниченным количеством живых существ. Отдельные микроорганизмы, содержащиеся в почве и верхних слоях Мирового океана, способны расщеплять молекулярный азот (N2) и использовать его атомы для построения аминогрупп белков (-NH2) и других органических соединений. Атмосферный азот поглощается азотфиксирующими бактериями, некоторыми видами сине-зеленых водорослей. Они синтезируют нитраты, которые становятся доступными для использования другими растениями биосферы. Биофиксация азота осуществляется некоторыми бактериями в симбиозе с высшими растениями в почвах (например, клубеньковыми бактериями, живущими на корнях бобовых растений). После своей гибели растения и животные возвращают азот в почву, откуда он поступает в состав новых поколений растений и животных.

Определенная часть азота в виде молекул возвращается в атмосферу. В почвах происходит процесс нитрификации, который состоит из цепи реакций, когда при участии микроорганизмов происходит окисление иона аммония (NH4+) до нитрита (NO2-) или нитрита до нитрата (NO3-). Восстановление нитритов и нитратов до газообразного соединения молекулярного азота (N2) или оксидов азота (NxOy) составляют сущность процесса денитрификации.

30. РЕСУРСНЫЙ ЦИКЛ.

РЕСУРСНЫЕ ЦИКЛЫ - совокупность превращений и территориальных перемещений природного вещества (или группы веществ), происходящих на всех этапах использования его человеком и протекающих в рамках общественного звена общего круговорота данного вещества (или веществ) на Земле. Основные ресурсные циклы: энергоресурсов и энергии; металлорудных ресурсов и металлов; неметаллического ископаемого сырья; лесных ресурсов и лесоматериалов; земельных ресурсов и сельскохозяйственного сырья. Одним из важнейших критериев рациональности функционирования и развития ресурсных циклов является обеспечение необходимых человеку полноценных свойств и качеств окружающей среды.

Человек интенсивно трансформирует процессы круговорота всех химических элементов не только на локальном, но и биосферном уровне. Человечество - это часть биосферы (с его производством).

Принципиальных различий в утилизации природных ресурсов между человеком и другими организмами нет с точки зрения экологии: различия заключаются лишь в масштабах. Тот факт, что человек научился утилизировать природные ресурсы, создавая для этого специальные средства, сути дела не меняет. Сколь бы ни были масштабными процессы антропогенной трансформации вещества, они осуществляются в рамках глобальных биогеохимических циклов. Человек не в силах радикально изменить эти циклы. Самое большее, что он может, - это изменить баланс вещества на определенных этапах глобальных циклов или на определенных территориях. Человек находит и добывает природные ресурсы, перевозит их к местам переработки, производит из них энергию, какую-либо продукцию и предметы, которые в итоге поступают в пользование в виде средств производства или изделий, сооружений и т.д., т.е. человек вовлекает природные ресурсы (вещества) в ресурсный цикл.

Под ресурсным циклом понимают совокупность превращений и перемещений

определенного вещества или групп веществ на всех этапах использования

его человеком (выявление, извлечение из природной среды, переработку, использование, возвращение в природу). Но если природные циклы веществ замкнутые, то ресурсный цикл как круговорот практически не замкнут, т.е. использованные вещества не возвращаются в места их изъятия.

На каждом этапе ресурсного цикла неизбежны потери. При добыче часть сырья остается в местах залегания, а в отвалы идет так называемая «пустая порода», на извлечение которой тратится энергия. Значительная доля добытого ископаемого теряется при транспортировке к заводам и фабрикам при перегрузке, переработке. Если ресурс используется как топливо, то при его сгорании образуются шлаки, идущие в отвалы, оксиды, летящие в атмосферу, и т.д.

Если же нефть, уголь перерабатываются промышленностью, то неизбежно образование побочных твердых, жидких, газообразных продуктов, как технологических отходов, формирующих так называемые хвостовые выбросы, которые

наносят вред экосистемам, нарушают качество среды, отрицательно влияют

на здоровье людей.

31. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ — это все то, что появляется не в том месте, не в то время и не в том количестве, какое естественно для природы, что выводит ее системы из равновесия, отличается от нормы, обычно наблюдаемой и (или) желательной для человека.

Загрязняющим агентом может быть любой экологический фактор, например любое вещество, находящееся в составе воздуха, воды, почвы. Загрязнение среды — сложный, многообразный процесс. Принято выделять загрязнение:

• химическое (или ингредиентное), заключающееся в изменении химического состава среды (отклонении от нормального уровня концентрации характерных ингредиентов и от появления новых); считается наиболее масштабным и значительным загрязнением

• физическое (или параметрическое), связанное с отклонением от нормы физических параметров окружающей среды; его принято подразделять на виды: шумовое, электромагнитное, ионизирующее и тд.

• биологическое, включающее микробиологическое (бактериями и вирусами — возбудителями болезней, носящих характер эпидемий) и макробиологическое (животными и растениями, случайно либо ошибочно интродуцированными в новые экосистемы).

По масштабам воздействия различают загрязнение биосферы:

• локальное — характерно для городов, крупных промышленных и транспортных предприятий, районов добычи полезных ископаемых, крупных животноводческих комплексов и т. п.;

• региональное — охватывает значительные территории и акватории как результат влияния крупных промышленных районов;

• глобальное — распространяется на большие расстояния от места возникновения и оказывает неблагоприятное воздействие на крупные регионы, вплоть до общепланетарного влияния (чаще всего связано с выбросами в атмосферу).

Антропогенное загрязнение.

Загрязнение, возникающее в результате хозяйственной деятельности людей, в том числе их прямое или косвенное влияние на состав и интенсивность природного (естественного) загрязнения называют антропогенным.

Эколог Э. Кормонди подчеркивал: «Загрязнители — нормальные побочные продукты жизнедеятельности человека как биологического вида и как социального творческого существа. Они представляют собой органические и неорганические отходы метаболизма и пищеварения, а также деятельности по выращиванию и защите урожая, обогреву жилища, производству одежды, овладению энергией и т. д.»

Прямое воздействие — это любой вид непосредственного вторжения человека в биогеоценозы: строительство поселений, дорог, использование земель в сельскохозяйственном производстве, ведение лесозаготовок, охотничьего или рыболовецкого промысла, добыча полезных ископаемых, промышленное производство и др. Все это ведет к перерождению биогеоценозов и сужению разнообразия биологических видов, а также к накоплению загрязнений в природной среде. Последствия подобной деятельности не ограничиваются только прямым преднамеренным воздействием на природу.

Учитывать следует также косвенные и отдаленные последствия хозяйствования. Так, лесозаготовительные работы в бассейне реки могут привести к ряду взаимосвязанных последствий: уменьшению влажности почвы, снижению уровня грунтовых вод, усыханию притоков реки, снижению уровня воды в реке и в озере, куда она впадает, изменению водных и почвенных биоценозов. В озере могут создаться условия, уменьшающие численность некоторых видов рыб, развивающие цианобактерии (цветение водоема). В результате эта цепочка событий приведет к отрицательным последствиям для людей.

32. КОНЦЕПЦИЯ НООСФЕРЫ.

Ноосфера — предположительно новая, высшая стадии эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы.

Первое употребление термина "ноосфера" принадлежит двум младшим современникам Вернадского: философу, математику, палеонтологу и антропологу Эдуарду Леруа и палеонтологу и антропологу Пьеру Тейяру де Шардену. Под ноосферой французские ученые понимали ту стадию эволюции природы, когда появился человеческий разум. Шарден определял ноосферу как "новый покров", "мыслящий пласт", который, зародившись в конце третичного периода, разворачивается над миром растений и животных - вне биосферы и над ней.

Ноосфера, по Вернадскому, это такой этап развития биосферы, при котором "проявляется как мощная, все растущая геологическая сила роль человеческого разума (сознание) и направленного им человеческого труда".

Оценивая роль человеческого разума и научной мысли как планетарного явления, В. И. Вернадский пришел к следующим выводам:

1. Ход научного творчества является той силой, которой человек меняет биосферу, в которой он живет.

2. Это проявление изменения биосферы есть неизбежное явление, сопутствующее росту научной мысли.

3. Это изменение биосферы происходит независимо от человеческой воли, стихийно, как природный естественный процесс.

4. А так как среда жизни - биосфера - есть организованная оболочка планеты, то вхождение в нее в ходе ее геологически длительного существования нового фактора ее изменения - научной работы человечества - есть природный процесс перехода биосферы в новую фазу, в новое состояние - в ноосферу.

Статья В. И. Вернадского "Несколько слов о ноосфере" появилась в 1944 году и оказалась последней прижизненной публикацией ученого.

В. Е. Соколов справедливо отмечает: "Пока наши представления о биосфере не будут закреплены в виде незыблемых моральных норм, мы вряд ли сумеем полностью побороть в себе безответственного потребителя. Значит, экологическая мораль нужна и нужно, чтобы она была сформулирована". Одним из первых предшественников ноосферной концепции был самобытный русский философ Николай Федорович Федоров (1828-1903). Тезис Н. Ф. Федорова "Природа в нас начинает не только сознавать себя, но и управлять собою" определяет важную проблему управления ("регуляции") природы человеком: "Повиноваться природе для разумного существа значит управлять ею, неразумною силою, ибо природа в разумных существах приобрела себе главу и правителя".

33. СРЕДА ОБИТАНИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПОТРЕБНОСТИ ЧЕЛОВЕКА.

Среду обитания человека так же, как и любого живого организма, можно подразделить на несколько условных типов:

• информационная среда, которую можно считать фильтратом внешних впечатлений, поступающих в мозг, которые зависят от видовых особенностей рецепторов, т. е. органов чувств.

• минимальная среда, т. е. наличие тех необходимых ресурсов, без которых невозможна сама жизнь;

• физиологическая среда жизни, т. е. минимальная среда плюс наличие условий обеспечения некоторых более сложных потребностей, которое человек, как и любой другой живой организм, получает из среды. Это, например, не просто питание, а полноценное питание или обеспечение потребности в движении и тд;

• экологическая среда или непосредственная среда жизни (среда обитания каждого человека или группы людей). Она зависит от многообразных экологических связей с окружающими организмами, как непосредственно обеспечивающими потребности людей, так и с другими организмами Земли. Таким образом, экологическая среда — это вся природная среда.

В свою очередь среда жизни каждого отдельного человека, окружающая его как в природных экосистемах, так и в условиях городского или сельского существования, также подразделяется на несколько видов:

• собственно природная среда, т. е. те природные экосистемы, в которых живет данная группа людей. Этот вид среды имеет свойство самоподдержания и саморегуляции.

• агротехническая среда: сельскохозяйственные угодья, культурные ландшафты, зеленые насаждения, постройки, бульвары, сады и т. п. Этот вид среды требует усилий человека по ее поддержанию, ибо это полуискусственные агроэкосистемы.

• социальная среда, в которой живет человек, его культурно-психологическое окружение, социум и та часть информационной среды, которая по своему происхождению связана с культурой, а не с природой. Социальная среда вырастает из биологической среды (сообщество, этнос, семья и т. п.), но не может быть сведена к ней. Таким образом, социальная среда жизни человека — это следующий уровень организации живой материи

Биологические потребности человека.

Потребности человека делятся на несколько групп:

• элементарные потребности: пища, одежда, жилище, воздух,вода;

• вторичные потребности в конкретных вещах и условиях при возможности их выбора;

• псевдопотребности, т.е. потребности в предметах роскоши и следовании каким-то привычкам.

Различают также базовые и важнейшие биологические потребности человека.

Базовые биологические потребности. К ним, помимо пищи, воздуха, воды, одежды и жилища, можно отнести более сложные, но необходимые для человека условия:

• безопасность;

• тепловой, акустический, электромагнитный комфорт;

• состав воздуха, не приводящий к физиологическим или генетическим аномалиям и неприятным ощущениям;

• питьевая вода, не только не загрязненная и не угрожающая здоровью, но и приятная на вкус;

• сбалансированность питания, включая калорийность пищи, обеспечивающей энергетические потребности человеческого организма, а также наличие незаменимых элементов пищи, таких, как незаменимые аминокислоты, витамины, жиры, белки, углеводы;

• определенные вкусовые характеристики пищи и ее безвредность, т. е. экологическая чистота;

• продолжение рода и получение сексуального удовлетворения.

Важнейшие биологические потребности. К ним относятся:

• полноценный сон и отдых, т.е. релаксация;

• защита от заболеваний и антропогенных загрязнений;

• пространственный комфорт (определенное место в пространстве для каждого человеческого существа — жизнь без переуплотнения);

• комфорт природной (биогенной) среды, причем необходима именно та природная среда, к которой исторически адаптирована данная группа людей;

• ландшафтная природная среда (определенная высота над уровнем моря, наличие или отсутствие определенных ветров, диапазон колебаний температуры и влажности атмосферного воздуха и т. п.);

• подвижность и труд ;

• информация, необходимая для здоровья и развития мозга;

К естественным, эволюционно сложившимся потребностям относят и потребность в сопереживании, а также наличие индивидуального участка в труде и жизни.

Псевдопотребности. Если биологические потребности не реализуются, то они заменяются псевдопотребностями, например, в агрессии или лидерстве путем агрессии, либо в предметах роскоши. Подобная псевдокомпенсация в конечном счете ведет не только к асоциальному поведению человека, но также и к нарушению многих экологических законов, т. е. правил поведения человека в природе. В физиологическом плане потребности человека и возможность их реализации тесно связаны с эмоциями, а эмоции в свою очередь являются очень важной составляющей мыслительного процесса — интеллектуальной деятельности человека. Эмоциональные мотивации нашей деятельности способствуют успеху обучения, запоминания, повышению работоспособности как физической, так и интеллектуальной. Отрицательный эмоциональный фон, связанный с невозможностью удовлетворить свои естественные потребности, ведет к постоянному стрессовому состоянию человека.

34. ОСОБЕННОСТИ ПОПУЛЯЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ И ПОЛИМОРФИЗМ ЧЕЛОВЕКА.

Полиморфизм — наличие в пределах одного вида резко отличных по облику особей, не имеющих переходных форм; частный случай — половой диморфизм.

Человечество, как и всякую популяцию живых организмов, характеризуют статистические характеристики (численность, плотность, пространственная структура, половой и возрастной состав), а также динамические характеристики (рождаемость, смертность, миграционная активность, скорость роста, продолжительность жизни, кривые выживания).

Биологи выделяют несколько подвидов человека — расы: европеоидная, австрало-негроидная, монголоидная и американоидная (американские индейцы).

Ряд исследователей разделяют австрало-негроидную расу на две: австралийскую и негроидную. Каждая из рас представляет собой морфофизиологический (структурно-функциональный) тип человека. Расы человека характеризуются определенным телосложением, биохимической конституцией (т. е. гормональным статусом, уровнем артериального давления, активностью ферментов), предрасположенностью или устойчивостью к определенным болезням, преобладанием некоторых психологических черт. Психофизиологический тип человека иногда называют конституцией. В каждой расе существует несколько типов конституций, при этом частота их встречаемости в известной мере связана с экологическими условиями проживания конкретной расы.

35. ФАКТОРЫ, ЛИМИТИРУЮЩИЕ РАЗВИТИЕ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА. АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ КРИЗИСЫ.

За время своего существования человечество прошло путь от популяции первобытных людей, зависимых от природы и находящихся под прессом естественного отбора, до современного человечества, обладающего всеми средствами медицины и технологической цивилизации; при этом и численность, и лимитирующие ее факторы также претерпели значительные изменения.

За последние 40 лет в человеческом обществе, а в результате и на планете в целом произошло столько событий, сколько раньше происходило за 1000 лет. Признаками, сопутствующими современному этапу развития технологической цивилизации, являются

1. Экспоненциальный рост населения Земли. Первопричина современного экологического кризиса - демографические проблемы человечества, связанные с экспоненциальным ростом численности и усилением миграции населения. В природных популяциях животных и растений рост численности редко идет по экспоненциальному закону. Как правило, модели роста популяций в природе — это логистические модели, в соответствии с которыми из-за давления среды пределы роста достигаются быстро.

2. Постепенное истощение ресурсов. Во-первых, истощаются невозобновимые ископаемые энергоресурсы биогенного происхождения — уголь и нефть, хотя их запасы пока достаточно велики. Кроме того, биосфера имеет и альтернативные несчерпаемые источники энергии: ветер, приливы и отливы, солнечную радиацию. Во-вторых, истощаются такие относительно возобновимые ресурсы, как почва и леса. Почвенный покров планеты страдает от эрозии, в результате которой катастрофически убывает плодородный слой.

3. Растущее загрязнение окружающей природной среды.

История биосферы богата примерами локальных экологических кризисов. Они случались как до появления человечества, так и во время его существования. В районах, оказавшихся испорченными неумелым хозяйствованием человека, свет цивилизации постепенно затухал, зато с новой силой и новым блеском он вспыхивал в других районах земного шара. Подобными кризисами, вызванными антропогенными воздействиями, принято считать следующие:

Кризис перепромысла животных (кризис консументов).

Это был первый антропогенный экологический кризис, который произошел 10—50 тыс. лет назад в результате интенсивного развития охоты. Выход из кризиса был найден в ходе сельскохозяйственной революции, ознаменовавшейся переходом к производящему хозяйству.

Кризис примитивного поливного земледелия (кризис продуцентов).

Он возник около 2 тыс. лет назад в связи с повышением производительности сельского хозяйства и появлением излишков продукции, которые можно было менять или продавать. Кризис был вызван истощением плодородия почв. Решить проблему удалось в результате второй сельскохозяйственной революции, переходом к широкому освоению неполивных земель.

Кризис перепромысла растительного материала (кризис продуцентов).

Этот кризис принято считать вторым антропогенным кризисом, который произошел 150—350 лет назад. В ходе промышленной революции он заставил человечество начать интенсивное использование минеральных (ископаемых) источников энергии, что совместно с другими процессами вызвало дисбаланс в энергетических процессах биосферы.

Кризис физического и химического загрязнения биосферы (кризис редуцентов).

Далее, 40—60 лет назад, в связи с развитием научно-технической революции начался и продолжается в настоящее время третий антропогенный или глобальный кризис, который уже не в состоянии справляться с разложением всего постоянно растущего антропогенного букета загрязнений. Особые проблемы возникают с теми впервые

синтезированными человеком веществами, которые не имеют природных аналогов, и, следовательно, для которых в природе нет систем (организмов или абиотических процессов), способных редуцировать эти вещества до исходных химических

элементов.

В наши дни третий антропогенный кризис дополнился четвертым глобальным термодинамическим (тепловым) кризисом или энергетическим кризисом потребеления. Кроме научно-технической революции, он вызван кризисом сознания и увеличением потребления, т. е. идеалы потребительства стали превалировать над прежними идеалами человечества.

Термодинамический кризис вызывает климатические изменения в биосфере, связанные с парниковым эффектом, возникающим из-за загрязнения атмосферы парниковыми газами. Растущее потребление энергии и выделение парниковых газов грозит планете глобальной экологической катастрофой.

36. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ЭКИСТИКИ (НАУКИ ОБ УРБАНИЗАЦИИ).

ЭКИСТИКА - теория формирования и эволюции человеческих поселений, выдвинутая греческим архитектором-градостроителем К. Доксиадисом в 50-60-х гг. 20 в. Доксиадис и его последователи рассматривают экистику как науку, основной целью которой является создание поселений (городов) различной величины с оптимальным сочетанием всех элементов их планировочной структуры. Согласно теории экистики, развитие городских поселений проходит 4 этапа: от динаполиса (моноцентрического города, пространственное развитие которого, как правило, осуществляется в одном направлении) и динаметрополиса (развитие нескольких динаполисов в разных направлениях), через динамегалополис (город-гигант) к ойкуменаполису - наиболее совершенной форме расселения населения. В состав ойкуменаполиса - всемирного города будущего войдут все территории с плотностью населения не менее 50 чел. на 1 км2; здесь будет проживать большая часть населения земного шара. Остальная часть населения будет размещаться в изолированных поселениях на территориях с менее благоприятными природными условиями.

Представляя некоторый интерес в плане комплексного подхода к разработке градостроительных проблем, теория экистики имеет ряд существенных недостатков. Основной из них - игнорирование влияния общественно-экономических факторов (в частности, размещения производства) на расселение населения, которое рассматривается как изолированный саморазвивающийся процесс.

Существует Центр экистических исследований (Афины). Издаётся журнал 'Экистика' (с 1955).

В наши дни в городах живет примерно половина населения Земли.

Урбанизация вызывает следующие проблемы:

• изменения в природных экосистемах;

• изменения в образе жизни, здоровье и психологии человека;

• региональные геоэкологические проблемы (например, изменение климата).

Мегаполисы представляют собой искусственную среду обитания человека, имеющую свои особые лимитирующие факторы в развитии и росте человеческой популяции. Современный город является неустойчивой экосистемой с преобладанием гетеротрофных звеньев пищевых цепей. Городская среда для поддержания экосистемы нуждается в постоянной заботе человека. Животный мир города достаточно разнообразен, однако не является природным зооценозом и не имеет способности к саморегуляции. Животные города представлены в основном синантропными видами: крысами, мышами, тараканами, воронами, одичавшими кошками и собаками, разнообразными домашними животными. На окраинах города прикармливают и таких животных, как белки, зайцы, лисы, многие виды птиц. Почвенные биоценозы города сильно загрязнены, почвы переуплотнены,

неплодородны, нуждаются в рекультивации.

Городская среда, с одной стороны, предоставляя человеку комфорт, лишает его необходимых факторов физиологической тренировки, а с другой стороны, она щедра на стрессовые воздействия. Химические, физические, социально-психологические, информационные стрессы создают постоянный источник опасности для физического и психического благополучия современного горожанина. Рассматривая комплекс проблем, связанных с урбанизацией и прогнозом развития человечества, С П . Курдюмов и С. П. Капица предложили математическую модель, по которой определили оптимальную величину населения города — 300 тыс. чел. В результате они пришли к выводу, что одним из условий выживания человечества должно быть его рассредоточение по Земле. Вблизи города, помимо сельскохозяйственных территорий, должны создаваться рекреационные1 зеленые зоны для спорта и отдыха людей, а также заповедные участки нетронутой природы. Необходимое условие здоровой городской среды — большое количество зеленых насаждений. Важнейшее значение имеет также рациональное управление отходами.

37. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ АГРОЭКОЛОГИИ.

Агроэкология - раздел экологии, исследующий возможности получения аграрной продукции высокого качества с учетом экологических требований в реальных условиях современного индустриального хозяйства.

Современные аграрные технологии включают ряд очень мощных воздействий на среду механического (обработка почвы, осушение, орошение, выпас скота), химического (удобрения, яды, стимуляторы) и биологического (посев и посадка растений, микробные препараты, навоз и т.п.) характера.

Агроэкология не отвергает возможности использования минеральных удобрений и химических средств защиты посевов от сорных растений, вредителей и грибковых болезней, а разрабатывает рекомендации, при которых эти препараты принесут наименьший вред окружающей среде.

В агроэкологических исследованиях учеными решаются проблемы совершенствования структуры сельскохозяйственных угодий за счет сокращения распашки участков с повышенной эрозионной опасностью, ведения севооборотов с почвозащитными культурами. За счет использования почвовосстанавливающих культур и улучшения технологии удобрений возможно восстановление в почвах бездефицитного баланса питательных элементов и органического вещества.

Активно ведутся исследования по контурно-мелиоративному и биологическому земледелию, селекции культур, устойчивых к вредителям, болезням и неблагоприятным экологическим условиям. Разрабатываются биологические методы защиты посевов от насекомых-вредителей и сорных растений. Изучаются вопросы приведения в соответствие поголовья скота и его структуры и реальных возможностей кормопроизводства - емкости естественных пастбищ, которые деградируют из-за перегрузок в их эксплуатации в 2-5 раз. Разрабатываются технологии культурных пастбищ

Таким образом, агроэкология – это экология сельскохозяйственных угодий, созданных человеком и им используемых. Ее значение определяется, в первую очередь обширностью территории. Аграрные земли (пашни, сенокосы и пастбища, сады, лесопосадки, а частично и леса) занимают более 50% ее территории. С поправкой на малообжитую тундру эта доля существенно больше.

Сельскохозяйственная экология или агроэкология изучает вопросы рационального природопользования в сельском хозяйстве. Ее рекомендации позволяют сочетать получение высокого урожая на полях и высокий выход животноводческой продукции с сохранением плодородия почв и продуктивности сенокосов и пастбищ. В правильно организованном хозяйстве производят экологически чистые продукты и не загрязняют атмосферу и воду.

38. ХАРАКТЕРИСТИКА ООПТ (ОСОБО ОХРАНЯЕМЫХ ПРИРОДНЫХ ТЕРРИТОРИЙ).

Согласно Федеральному закону Российской Федерации "Об особо охраняемых природных территориях" от 14.03.1995 г.,

"Особо охраняемые природные территории (ООПТ) - участки земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые изъяты решениями органов государственной власти полностью или частично из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны.

Особо охраняемые природные территории относятся к объектам общенационального достояния".

Выделяют семь категорий ООПТ:

1. государственные природоохранные заповедники (в том числе биосферные)

2. национальные парки

3. природные парки

4. государственные природные заказники

5. памятники природы

6. дендрологические и ботанические сады

7. лечебно-оздоровительные местности и курорты

Правительство РФ, а также местные органы самоуправления могут устанавливать иные категории ООПТ, например: охраняемые береговые линии, биологические станции, микрозаповедники и другие.

Классификация ВСОП (Международный союз охраны природы) выделяет семь категорий:

1. строгий природный резерват (участок с нетронутой природой)- полная охрана

2. территория с сохраненной дикой природой — охраняемая территория, управляемая главным образом для сохранения дикой природы.

3. национальный парк — охрана экосистем, сочетающаяся с туризмом.

4. природный памятник — охрана природных достопримечательностей.

5. заказник — сохранение местообитаний и видов через активное управление.

6. охраняемые наземные и морские ландшафты — охрана наземных и морских ландшафтов и отдых.

7. охраняемые территории с управляемыми ресурсами — щадящее использование экосистем

Заказники

Ботанические заказники, созданные для охраны определенных видов растительного покрова, обычно используются для регламентированной зимней охоты или рыболовства.

В зоологических заказниках, в которых охраняются представители фауны, разрешается регламентированный сбор грибов, ягод и лекарственных растений.

Геологические и гидрологические заказники представляют интерес для прогулочного познавательного туризма, школьных экскурсий и учебных занятий для студентов географических и геологических факультетов вузов.

Для целей познавательного туризма особое значение имеют комплексные заказники, в которых туристов знакомят с редкими видами животного и растительного мира, живописными пейзажами. Как правило, разбивка туристских стоянок на территории заказников запрещена, разрешается лишь прокладка туристских троп.

Памятники природы — это уникальные природные объекты (водопады, пещеры, живописные скалы и т. д.) или мемориальные природные объекты (например, лиственница в усадьбе Ярополец, под которой отдыхал А. С. Пушкин).

Национальные парки и заповедники — особые виды ООПТ, которые имеют администрацию, в функцию которой входит организация как природоохранной, так и рекреационной деятельности. Значение рекреационной деятельности в них различно: в заповедниках доминирует природоохранная функция и ограниченно — познавательная рекреационная, в национальных парках обе функции имеют равное значение.