Лекция: Роль растений в природе и жизни человека

Значение растительности в природе и жизни человека велико и разнообразно. Зеленые растения благодаря фотосинтезу и выделе­нию кислорода обеспечивают существование жизни на Земле. Фо­тосинтез — сложный биохимический процесс, в котором растения посредством зеленого пигмента хлорофилла, используя энергию солнечного света, синтезируют богатые энергией органические ве­щества из диоксида углерода и воды. В результате происходит пре­образование солнечной энергии в энергию химических связей. Рас­тения — продуценты органических веществ в биосфере, они служат основой трофических пирамид, обеспечивая существование всех других организмов.

Фотосинтез в растениях протекает на Земле повсеместно, поэтому суммарный его эффект колоссален. По приблизительным подсчетам, растительный покров суши ежегодно ассимилирует 20-30 млрд т уг­лерода (по другим данным, от 10 до 100 млрд т), примерно столько же углерода потребляет фитопланктон океанов. В течение 300 лет растения усваивают столько углерода, сколько его содержится в атмосфере и воде. Ежегодно растения Земли образуют около 177 млрд т органических веществ. Из них 122 млрд т приходится на растительность суши (в том числе 70 млрд т — на леса) и 55 млрд т — на растительность Мирового океана. Годовая химическая энергия продуктов фотосинтеза в 100 раз превышает выработку энергии всеми электростанциями мира. Диоксида углерода, содержащегося в атмосфере, хватило бы только на 300 лет, если бы он не выделял­ся при дыхании животных и растений.

При фотосинтезе происходит еще один важнейший для биосфе­ры процесс — фотолиз воды. В результате его выделяется кислород, которым дышат все живые организмы. Весь кислород атмосферы проходит через живое вещество примерно за 2000 лет. Растения ис­пользуют и разлагают всю воду нашей планеты в течение одного миллиона лет (Клауд, Джибор, 1972).

За миллиарды лет растения синтезировали огромное количест­во органических веществ, часть которых сохранилась до наших дней в виде залежей нефти, природного газа, каменного угля, горючих сланцев, торфа. Количество углерода, запасенного только в виде уг­ля и нефти, примерно в 50 раз превышает его количество во всех жи­вых организмах. Все это показывает, что фотосинтез — великий кос­мический процесс, коренным образом преобразующий лик планеты.

В состав молекул органических веществ входят (помимо углеро­да, водорода и кислорода) атомы азота, серы, фосфора и других элементов: магния, железа, меди, кобальта и т. д. Они извлекаются растениями из почвенных растворов и вовлекаются в круговороты важнейших химических процессов.

Минеральные соли неминуемо должны были бы вымываться из поверхностных слоев почвы, но растения постоянно забирают из нее часть минеральных веществ, которые затем частично попа­дают в организмы животных. После смерти растений и животных минеральные вещества возвращаются в почву, откуда они снова потребляются растениями. Таким образом, в результате этого ма­лого, или биологического, круговорота веществ растения посто­янно поддерживают присутствие минеральных солей в почве, что очень важно для ее плодородия. Это свидетельствует об огромной роли растений в круговороте веществ и потоков энергии в приро­де. Растительность воздействует на климат, почему, животный мир и другие компоненты биосферы, с которыми они тесно взаимо­связаны. Растения оказывают смягчающее влияние на климат, в частности, в атмосферу они поставляют более 90% воды, испаря­емой сушей.

Велико значение растительности в жизни человека. Она создает необходимую среду для жизни людей и разводимых ими животных, служит неиссякаемым источником разнообразных пищевых про­дуктов, технического и лекарственного сырья, строительных мате­риалов и т. д. Многие виды растений человек использует в различ­ных технологических процессах (пивоварении, хлебопечении, очи­стке сточных вод и т. д.).

Отрицательная роль растительности — это появление сорняков на обрабатываемых землях и пастбищах; зарастание водоемов, веду­щее к возникновению летних заморов рыбы в озерах; случаи вред­ного воздействия на человека (аллергические заболевания, отравле­ния) и народное хозяйство (обрастание судов, зарастание дорог, об­рабатываемых земель и т.д.). Однако отрицательное воздействие растительности на человека несравнимо с ее положительной ролью. Оно чаще всего связано с нерациональным использованием расте­ний, незнанием закономерностей развития и взаимоотношений рас­тительных сообществ, а также с непредсказуемостью возможных последствий вмешательства человека.

Из всех растительных ресурсов планеты самое важное значение в жизни природы и человека имеют леса. Они больше всего постра­дали от хозяйственной деятельности и раньше всего стали объекта­ми охраны.

Лес как важнейший растительный ресурс планеты

Леса, в том числе посаженные людьми, покрывают около трети поверхности суши. Площадь их немногим более 40 млн км2. Это широкий пояс тайги в Северном полушарии, смешанные и листвен­ные леса умеренного пояса, вечнозеленые субтропические и влаж­ные тропические леса. Большая часть лесов приходится на тропи­ки; тайга и лесотундра составляют 32%, смешанные и лиственные ле­са умеренного пояса — 17%. На планете 30% хвойных и 70% лист­венных лесов.

Лесной покров оказывает воздействие на все компоненты био­сферы, играет огромную средообразующую роль (рис. 11). Леса вли­яют на газовый баланс и состав атмосферы, водный и тепловой ре­жим земной поверхности, подземный и поверхностный сток, фор­мируют и сохраняют почвенный покров, регулируют численность и разнообразие животного мира. Лесной покров взаимосвязан с климатом: он уменьшает силу ветра, смягчает высокие и низкие тем­пературы, аккумулирует влагу. Обеспечивая круговорот веществ и потоки энергии, леса стабилизируют динамическое равновесие в биосфере. Они образуют весьма продуктивные растительные фор­мации. Доля лесов в глобальной продуктивности фотосинтеза оце­нивается в 70 млрд т сухого органического вещества в год, что со­ставляет 65 % годовой биологической продукции суши и 42 % био­сферы.

Лес широко используется в разных отраслях народного хозяйст­ва. Ни одна отрасль не может развиваться без применения лесных материалов. Лес служит источником различных химических ве­ществ, получаемых при переработке древесины, коры, хвои. Из это­го универсального сырья можно изготовить свыше 15-20 тыс. из­делий и продуктов. Почти половина всей потребляемой в мире дре­весины пока расходуется на топливо, а треть идет на производство строительных материалов.

Лес поставляет техническое и лекарственное сырье, пищевые продукты, живицу и т.д. Мировая заготовка леса составляет 121 млрд м3/год. Дефицит древесины уже остро ощущается во мно­гих промышленно развитых странах.

, В последние десятилетия все большее внимание уделяется сани­тарно-гигиенической, бальнеологической и рекреационной роли ле­сов. В некоторых регионах мира «несырьевые» функции леса ото­двинули на второй план значение лесных территорий как лесозаго­товительной базы. В России леса тоже стали широко использовать­ся как несырьевой ресурс. Это зеленые зоны городов, природные или национальные парки, курортные зоны.

Общеизвестно благотворное влияние сосновых боров на боль­ных туберкулезом, вызываемое дезинфицирующими свойствами терпенов. Древесные насаждения в городах поглощают из возду­ха избыток диоксида углерода и восстанавливают в нем необхо­димый для жизни кислород. Они служат хорошим фильтром — в парках количество пыли бывает в десятки раз меньше, чем на ули­цах города. Листья и цветы деревьев выделяют фитонциды, мно­гие из которых обезвреживают городской воздух, убивают вред­ные микроорганизмы, задерживают развитие возбудителей инфек­ций, предупреждая распространение инфекционных заболеваний. Зеленые насаждения хорошо поглощают звуки, способствуют борьбе с шумом. Неоценимо психологическое воздействие леса на человека.

Антропогенное воздействие на лесные ресурсы планеты и его последствия

Сведение лесов началось на заре развития человечества и про­должается в настоящее время. Деревья рубят и сжигают для полу­чения тепла, для расчистки участков под пастбища и пашни. С со­вершенствованием хозяйства и ремесел лес стал использоваться не только как топливо, но и как строительный и поделочный матери­ал. По мере развития человеческого общества, когда потребность в древесине и других продуктах леса быстро возрастала, усилива­лась и эксплуатация лесов. Особой силы она достигла в эпоху ка­питализма с его высокоразвитой техникой и частной собственнос­тью на землю. Наиболее сильно пострадали мировые лесные ресур­сы с наступлением промышленно-технической революции. За по­следние 10 тыс. лет на земном шаре сведено 2/3 всех лесов, причем в наиболее населенных регионах. За историческое время колоссаль­ная площадь в 500 млн га превратилась из лесов в бесплодные пус­тыни (Рябчиков, 1980). Степень сокращения лесистости можно ви­деть на примере бассейна р. Оскол (рис. 12).

Человек потребляет в год не более 1 % биологической продукции биосферы. Однако объемы заготовок древесины местами доведены до предельных возможностей лесопользования. Леса уничтожают так быстро, что площади вырубок значительно превышают терри­тории посадок. К настоящему времени в зоне смешанных и широколиственных лесов сведено до 50 % их первоначальной площади, в зоне средиземноморских субтропиков — 80, муссонных лесов — 90, га на Великой Китайской и Индо-Гангской равнинах осталось менее 5 % лесов. Быстро сокращаются площади первичных лесов в Запад­ной Африке, Юго-Восточной Азии, Центральной Америке; несколь­ко меньшими темпами — в Центральной Африке и бассейне Амазон­ки. В зарубежной Азии ежегодно вырубается 15 млн га, в Южной |Америке 10 млн га. Деградируют влажные тропические (около 6 га/мин) и муссонные леса, сокращается их площадь. Если в Таилан­де в 1960-е годы они занимали половину всей площади лесов, то (сейчас — меньше четверти. Высказываются опасения, что при таких темпах они полностью исчезнут в следующем столетии. Вырублен­ные участки сельвы не восстанавливаются, на их месте развивают­ся малопродуктивные кустарниковые формации, а при сильной эро­зии происходит опустынивание.

Говоря о судьбе тропических лесов, нужно отметить, что, по мне­нию экспертов, в районах с быстрыми темпами вырубки практиче­ски все первичные леса будут неузнаваемо изменены в ближайшие «десятилетия. Преобразование же всех лесов тропиков при совре­менном их использовании завершится в начале XXI в. По предва­рительным подсчетам, в первые десятилетия XXI в. общая площадь лесов сократится до 50% их нынешнего состояния. Резкое сокращение лесов на планете вызвало тяжелые последствия: разрушительные наводнения, эрозию почв, селевые потоки, изменение климата.

Сокращение водоносности рек и высыхание озер под влиянием рубки лесов известно с давних пор. Известно, что обезлесение Си­цилии и других средиземноморских стран резко сократило водонос­ность рек еще в античное время. Сейчас обмеление рек и озер — ши-; роко распространенное явление во многих странах мира. Оно отри­цательно сказывается на рыбных запасах и сельском хозяйстве.

Другим последствием истребления лесов является рост частоты и мощности наводнений. Особенно часто они бывают в Китае, Ин­достане, Северной и Южной Америке, Западной Европе. О разру­шительной силе наводнений дают представление следующие приме­ры. В 1927 г. во время наводнений в долине Миссисипи были при­чинены убытки более чем на 300 млн долл., утонули 250 человек, по­гибло около 1,5 млн голов скота. В 1931 г. в Китае разлившиеся ре­ки затопили 16 провинций, погибло много людей, уничтоженных сельскохозяйственных продуктов хватило бы на прокормление 18 млн человек до нового урожая.

Вырубка лесов в горах приводит к возникновению катастрофи­ческих селевых потоков. Особенно губительным последствием вы­рубки лесов является эрозия почв, которая широко распростране­на на земном шаре и стала бичом сельского хозяйства. Наконец, «уничтожение лесов на обширных территориях ухудшает климат, делает его более сухим и континентальным, способствует аридизации территорий, быстрому опустыниванию, распространению суховеев.