Реферат: Экосистемы

Содержание

Введение

1 Круговорот важнейших химических элементов в природе

1.1 Круговорот воды.

1.2. Круговорот углерода.

1.3. Круговорот азота

1.4. Круговорот серы.

1.5. Круговорот фосфора

2 Экологические фактора и их описание.

2.1. Среда обитания и классификацияэкологических факторов.

3 Экологическая роль основных абиотическихфакторов

3.1. Солнечное излучение

3.2. Температура.

3.3.Влажность.

3.4. Воздушно-газовый режим

4 Основные законы действия абиотическихфакторов

4.1. Понятие об оптимуме

4.2. Понятие о толерантности

4.3. Закон Либиха, или «закон минимума», илизакон ограничивающего фактора

4.5. Правило предварения В.В. Алехина

4.6. Принцип стациальной верности Г.Я.Бей-Биенко

4.7. Правило зональной смены ярусов М.С.Гилярова

5 Экологическоезначение абиотических факторов

6 Адаптация живых организмов к условиямокружающей среды.

7 Биотические факторы и их описание.

8 Биосфера

8.1. Биосфера: функции живого вещества.

8.2. Биосфера: глобальный биогеохимический круговорот веществ, потоки энергии.

8.3. Биосфера: защитные экраны

8.4. Биосфера:биологическое разнообразие.

8.5. Биосфера: механизмы устойчивости.

8.6. Биосфера: опасность обеднения биологического разнообразия видов и экосистем

8.7. Биосфера: какчеловек может сохранить биологическое разнообразие

9. Устойчивостьприродной среды (экосистем) в России.

Заключение.

Список литературы

Приложение 1

Приложение 2

Введение

Человеквсегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако втечение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметноговлияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы подвлиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первойполовине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушилисьна человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человекпостоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь опоследствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсоввозвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации.Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека.

Целью даннойработы является анализ темы экосистемы в экологии, а именно: исследованиеважнейших химических элементов в природе и их круговорот, ознакомление сфакторами окружающей среды и с основными законами экологии.

Главнойзадачей создания данной работы я считаю, ознакомление с понятием экосистем вэкологии, факторами, влияющими на них и проблемами их взаимосвязи с человеком.Актуальность моей работы я вижу в том, что именно сейчас необходимо задуматьсяо правильном использовании природы человеком, о том, что и как может повлиятьна ее дальнейшее состояние и развитие, ведь именно от природы и зависит жизньлюдей на всей планете.

1. Круговорот важнейшиххимических элементов в природе.

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

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

В верхнихслоях океана и на поверхности суши преобладает образование органическоговещества, а в почве и глубинах моря — его минерализация. Миграция птиц, рыб,насекомых способствует и переносу накопленных ими элементов. Существенно накруговорот элементов влияет деятельность человека.

1.1 Круговорот воды.

Нагреваемыесолнцем воды планеты испаряются. Выпадающая живительным дождем влагавозвращается обратно в океан в качестве речных вод или очищенных фильтрациейгрунтовых вод, перенося огромное количество неорганических и органическихсоединений. Живые организмы активно участвуют в круговороте воды, являющейсянеобходимым компонентом процессов метаболизма (о биологической роли воды см. §1). На суше большая часть вод испаряется растениями, уменьшая водосток ипрепятствуя эрозии почвы. Поэтому при вырубке лесов поверхностный сток увеличиваетсясразу в несколько раз и вызывает интенсивный размыв почвенного покрова. Лесзамедляет таяние снега, и талая вода, постепенно стекая, хорошо увлажняет поля.Уровень грунтовых вод повышается, а весенние наводнения редко бываютразрушительными.

Влажныетропические леса смягчают жаркий экваториальный климат, задерживая и постепенноиспаряя воду (это явление называют транспирацией). Вырубка тропических лесоввызывает в близлежащих районах катастрофические засухи. Хищническое уничтожениелесов способно превратить в пустыни целые страны, как это уже случилось всеверной Африке. Круговорот воды, регулируемый растительностью, — важнейшееусловие поддержания жизни на Земле.

1.2. Круговоротуглерода.

В процессефотосинтеза растения поглощают углерод в составе углекислого газа.Продуцируемые ими органические вещества содержат значительное количествоуглерода, распространяющегося в экосистеме по цепям питания. В процессе дыханияорганизмы выделяют углекислый газ. Органические остатки в море и на сушеминерализуются редуцентами. Один из продуктов минерализации — углекислый газ —возвращается в атмосферу, замыкая цикл.

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

1.3. Круговоротазота.

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

Растенияпоглощают соединения азота из почвы и синтезируют органические вещества.Органика распространяется по цепям питания вплоть до редуцентов, разлагающихбелки с выделением аммиака, преобразующегося далее другими бактериями донитритов и нитратов. Аналогичная циркуляция азота происходит между организмамибентоса и планктона. Денитрифицирующие бактерии восстанавливают азот досвободных молекул, возвращающихся в атмосферу. Небольшое количество азотафиксируется в виде оксидов молниевыми разрядами и попадает в почву сатмосферными осадками, а также поступает от вулканической деятельности,компенсируя убыль в глубоководные отложения. Азот поступает в почву также ввиде удобрений после промышленной фиксации из воздуха атмосферы.

Круговоротазота — более замкнутый цикл, нежели круговорот углерода. Лишь незначительноеего количество вымывается реками или уходит в атмосферу, покидая границыэкосистем.

1.4. Круговорот серы.

Сера входит всостав ряда аминокислот и белков. Соединения серы поступают в круговорот восновном в виде сульфидов из продуктов выветривания пород суши и морского дна.Ряд микроорганизмов (например, хемосинтезирующие бактерии) способны переводитьсульфиды в доступную для растений форму — сульфаты. Растения и животныеотмирают, минерализация их остатков редуцентами возвращает соединения серы впочву. Так, серобактерии окисляют до сульфатов образующийся при разложениибелков сероводород. Сульфаты способствуют переводу труднорастворимых соединенийфосфора в растворимые. Количество минеральных соединений, доступных растениям,возрастает, улучшаются условия для их питания.

Ресурсысеросодержащих полезных ископаемых весьма значительны, а избыток этого элементав атмосфере, приводящий к кислотным дождям и нарушающий процессы фотосинтезавблизи промышленных предприятий, уже беспокоит ученых. Количество серы ватмосфере существенно увеличивается при сжигании природного топлива.

1.5. Круговоротфосфора.

Этот элементсодержится в ряде жизненно важных молекул. Его круговорот начинается вымываниемфосфорсодержащих соединений из горных пород и поступлением их в почву. Частьфосфора уносится в реки и моря, другая — усваивается растениями. Биогенныйкруговорот фосфора происходит по общей схеме: редуценты.®консументы®продуценты

Значительныеколичества фосфора вносятся на поля с удобрениями. Около 60 тыс. т фосфораежегодно возвращается на материк с выловом рыбы. В белковом рационе человекарыба составляет от 20% до 80%, некоторые малоценные сорта рыб перерабатываютсяна удобрения, богатые полезными элементами, в т. ч. фосфором.

Ежегоднаядобыча фосфорсодержащих пород составляет 1-2 млн. т. Ресурсы фосфорсодержащихпород пока велики, но в будущем человечеству, вероятно, придется решатьпроблему возвращения фосфора в биогенный круговорот.

Организмы вэкосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, и необходимо чёткоразграничить эти два понятия. Всю экосистему можно уподобить единому механизму,потребляющему энергию и питательные вещества для совершения работы. Питательныевещества первоначально происходят из абиотического компонента системы, вкоторый в конце концов и возвращаются либо в качестве отходовжизнедеятельности, либо после гибели и разрушения организмов. Таким образом, вэкосистеме происходит постоянный круговорот питательных веществ, в которомучаствуют и живой и неживой компоненты. Такие круговороты называютсябиогеохимическими циклами.

На глубине вдесятки километров горные породы и минералы подвергаются воздействию высокихдавлений и температур. В результате происходит метаморфизм (изменение) ихструктуры, минерального, а иногда и химического состава, что приводит кобразованию метаморфических пород.

Опускаясь ещёдальше в глубь Земли, метаморфические породы могут расплавиться и образоватьмагму. Внутренняя энергия Земли (т.е. эндогенные силы) поднимает магму кповерхности. С расплавленными горными породами, т.е. магмой, химическиеэлементы выносятся на поверхность Земли во время извержений вулканов, застываютв толще земной коры в виде интрузий. Процессы горообразования поднимаютглубинные горные породы и минералы на поверхность Земли. Здесь горные породыподвергаются воздействию солнца, воды, животных и растений, т.е. разрушаются,переносятся и отлагаются в виде осадков в новом месте. В результате образуютсяосадочные горные породы. Они накапливаются в подвижных зонах земной коры и припригибании снова опускаются на большие глубины (свыше 10 км).

Вновьначинаются процессы метаморфизма, переправления, кристаллизации, и химическиеэлементы возвращаются на поверхность Земли. Такой «маршрут»химических элементов называется большим геологическим круговоротом.Геологический круговорот не замкнут, т.к. часть химических элементов выходит изкруговорота: уносится в космос, закрепляется прочными связями на земнойповерхности, а часть поступает извне, из космоса, с метеоритами.

Геологическийкруговорот это глобальное путешествие химических элементов внутри планеты.Более короткие путешествия они совершают на Земле в пределах отдельных еёучастков. Главный инициатор живое вещество. Организмы интенсивно поглощаютхимические элементы из почвы, воздуха воды. Но одновременно и возвращают их.Химические элементы вымываются из растений дождевыми водами, выделяются в атмосферупри дыхании и отлагаются в почве после смерти организмов. Возвращённыехимические элементы снова и снова вовлекаются живым веществом в«путешествия». Всё вместе и составляет биологический, или малый,круговорот химических элементов. Он тоже не замкнут.

Частьэлементов-«путешественников» уносится за его пределы с поверхностнымии грунтовыми водами, часть на разное время «выключается» изкруговорота и задерживается в деревьях, почве, торфе.

Ещё одинмаршрут химических элементов проходит сверху вниз от вершин и водоразделов кдолинам и руслам рек, впадинам, западинам. На водоразделы химические элементыпоступают только с атмосферными осадками, а выносятся вниз и с водою, и поддействием силы тяжести. Расход вещества преобладает над поступлением, о чёмговорит само название ландшафтов водоразделов элювиальные.

На склонахжизнь химических элементов изменяется. Скорость их передвижения резкоувеличивается, и они «проезжают» склоны, как пассажиры, удобноустроившиеся в купе поезда. Ландшафты склонов так и называются транзитными.

«Отдохнуть»от дороги химическим элементам удаётся лишь в аккумулятивных (накапливающих)ландшафтах, расположенных в понижениях рельефа. В этих местах они часто иостаются, создавая для растительности хорошие условия питания. В некоторыхслучаях растительности приходится бороться уже с избытком химических элементов.

Уже много летназад в распределение химических элементов вмешался человек. С начала ХХстолетия деятельность человека стала главным способом их путешествия. Придобыче полезных ископаемых огромное количество веществ изымается из земнойкоры. Их промышленная переработка сопровождается выбросами химических элементовс отходами производства в атмосферу, воды, почвы. Это загрязняет среду обитанияживых организмов. На земле появляются новые участки с высокой концентрациейхимических элементов рукотворные геохимические аномалии. Они распространенывокруг рудников цветных металлов (меди, свинца). Эти участки иногда напоминаютлунные пейзажи, потому что практически лишены жизни из-за высоких содержаниивредных элементов в почвах и водах. Остановить научно-технический прогрессневозможно, но человек должен помнить, что существует порог в загрязненииприродной среды, переходить который нельзя, за которым неизбежны болезни людейи даже вымирание цивилизации.

Создавбиогеохимические «свалки», природа, возможно, хотела предостеречьчеловека от непродуманной, безнравственной деятельности, показать ему нанаглядном примере, к чему приводит нарушение распределения химических элементовв земной коре и на её поверхности.

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

Интенсивнопотребляя природные ресурсы, человеку необходимо соблюдать природноеравновесие. Сбалансированность ресурсов в круговороте веществ определяетустойчивость биосферы.

2 Экологические фактораи их описание.2.1. Среда обитания иклассификация экологических факторов.

Под средойобитания понимают совокупность внешних природных условий и явлений, вкоторые погружены живые организмы, и с которыми эти организмы находятся впостоянном взаимодействии.

В биоэкологииречь обычно идет о природной среде, не измененной человеком. В прикладной(социальной) экологии говорят об окружающей среде, так или иначе опосредованнойчеловеком.

Отдельныеэлементы среды обитания, на которые организмы реагируют приспособительнымиреакциями (адаптациями), называются экологическими факторами или факторамисреды. Среди факторов среды выделяют обычно три группы факторов: абиотические,биотические и антропогенные.

1. Абиотическимифакторами среды называются условия, напрямую не связанные сжизнедеятельностью организмов. К числу наиболее важных абиотических факторовможно отнести температуру, свет, воду, состав атмосферных газов, структурупочвы, состав биогенных элементов в ней, рельеф местности и т.п. Эти факторымогут воздействовать на организмы как непосредственно, например свет или тепло,так и косвенно, например рельеф местности, обусловливающий действие прямыхфакторов, света, ветра, влаги и пр. Возможно, среди абиотических факторовприсутствуют и такие, о которых мы пока даже не догадываемся. Так, например,мы совсем недавно открыли влияние изменений солнечной активности на процессы вбиосфере.

2. Биотическимифакторами среды называется совокупность влияний одних организмов на другие.Живые существа могут служить источником пищи для других организмов, являтьсясредой их обитания, способствовать их размножению и т.п. Действие биотическихфакторов может быть не только непосредственным, но и косвенным, выражаясь вкорректировке абиотических факторов, например, изменение состава почвы,микроклимата под пологом леса и т.п.

АБИОТИЧЕСКИЕ БИОТИЧЕСКИЕ

Физические климатические – влага, свет, температура, ветер, давление, течения, продолжительность суток

Влияние растений друг на друга и на другие организмы в биоценозе (прямо или опосредованно)

Физические эдафические – влагоемкость, теплообеспеченность механический состав и проницаемость почвы

Влияние животных друг на друга и на другие организмы в биоценозе

Химические — состав воздуха, содержание в почве или воде элементов питания, соленость воздуха и воды, реакция рН

Антропические факторы – все виды человеческой деятельности

3. Антропогеннымифакторами среды называется совокупность влияний человека на живыеорганизмы. Это влияние также может быть прямым, например, когда человеквырубает лес или отстреливает животных, или косвенным, проявляющимся ввоздействии человека на абиотические и биотические факторы среды, например,изменение состава атмосферы, почвы, гидросферы, или изменение структурыэкосистем.

3. Экологическая роль основных абиотических факторов

3.1. Солнечноеизлучение

Солнечноеизлучение – основной источник энергии для экоси-стемы. Оно – великое благо длявсего живого и одновременно фак-тор, устанавливающий жесткие рамки для егосуществования.

Прямое илирассеянное солнечное излучение не требуется лишь небольшой группе живых существ– некоторым видам грибов, глубо-ководных рыб, почвенных микроорганизмов и т.п.

К наиболееважным физиологическим и биохимическим процес-сам, осуществляемым в живоморганизме, благодаря наличию света, можно отнести следующие ( по Н.Грину идр.,1990):

1. Фотосинтез(1-2% падающей на Землю солнечной энергии ис-пользуется для фотосинтеза);

2. Транспирация(около 75 % — для транспирации, обеспечиваю-щей охлаждение растений и движениепо ним водных растворов ми-неральных веществ);

3.Фотопериодизм (обеспечивает синхронность жизненных про-цессов в живыхорганизмах периодически меняющимся условиям среды);

4. Движение(фототропизм у растений и фототаксис у животных и микроорганизмов);

5. Зрение(одна из главных анализирующих функций живот-ных);

6. Прочиепроцессы (синтез витамина Д у человека на свету, пигментация и т.п.).

Основубиоценозов средней полосы России, как и большинства наземных экосистем,составляют продуценты. Использование ими солнечного света ограничивается рядоместественных факторов и, в первую очередь, температурными условиями. В связи сэтим вырабо-тались особые приспособительные реакции в виде ярусности,моза-ичности листьев, фенологических различий и т.п. По требовательно-сти кусловиям освещения растения делятся на световые или свето-любивые(подсолнечник, подорожник, томат, акация, дыня), теневые или несветолюбивые(лесные травы, мхи) и теневыносливые (щавель, вереск, ревень, малина, ежевика).

Растенияформируют условия существования других видов жи-вых существ. Именно поэтому такважна их реакция на условия ос-вещения. Загрязнение окружающей среды приводит кизменению ос-вещенности: снижению уровня солнечной инсоляции, уменьшениюколичества фотосинтетически активной радиации (ФАР-часть сол-нечной радиации сдлиной волны от 380 до 710 нм), изменению спек-трального состава света. В итогеэто разрушает ценозы, основанные на приходе солнечного излучения в определенныхпараметрах.

3.2. Температура.

Дляестественных экосистем нашей зоны температурный фактор наряду сосветообеспечением является определяющим для всех жиз-ненных процессов.Активность популяций зависит от времени года и времени суток, т.к. в каждый изэтих периодов свои температурные условия.

Особи многихвидов не способны поддерживать постоянную температуру тела и в холодное времягода или суток снижают уро-вень жизненных процессов вплоть до анабиоза. Впервую очередь это касается растений, микроорганизмов, грибов и пойкилотермных(холоднокровных) животных. Активность сохраняют только гомойо-термные (теплокровные) виды. Гетеротермные организмы, нахо-дясь в неактивном состоянии,имеют температуру тела не на много выше температуры внешней среды; в активномсостоянии — достаточ-но высокую ( медведи, ежи, летучие мыши, суслики).

Терморегуляциягомойотермных животных обеспечивается осо-бым типом обмена веществ, идущим свыделением в организме жи-вотных тепла, наличием теплоизолирующих покровов,размерами, физиологией и т.д.

Что жекасается растений, то они выработали в процессе эволю-ции ряд свойств:

1. Холодостойкость– способность переносить длительное время низкие положительные температуры (отОоС до +5оС);

2. Зимостойкость– способность многолетних видов переносить комплекс зимних неблагоприятныхусловий;

3. Морозостойкость– способность переносить длительное время отрицательные температуры;

4. Анабиоз –способность переносить период длительного недос-татка экологических факторов всостоянии резкого снижения обмена веществ;

5.Жаростойкость – способность переносить высокие ( св. +38о…+40оС) температурыбез существенных нарушений обмена веществ;

6. Эфемерность– сокращение онтогенеза (до 2-6 мес.) у видов, произрастающих в условияхкороткого периода благоприятных тем-пературных условий.

7. Устойчивостьк перепадам температурных условий.

Тепловоезагрязнение окружающей среды приводит к сдвигу фенологических фаз развитияживых организмов или к аномальным изменениям на определенных этапах онтогенеза.В итоге ряд популя-ций не успевают или не могут дать полноценное потомство,некото-рые не успевают подготовиться к периоду неблагоприятных условий ипогибают. Глобальное потепление климата на + 0,5..1,5оС, по мне-нию большинстваспециалистов, приведет к катастрофическим по-следствиям для биосферы.

3.3.Влажность.

Условиявлагообеспечения в нашей зоне достаточно благопри-ятны для существованияорганизмов. Большая часть живых существ на 70-95% состоит из воды. Вода нужнадля всех биохимических и физиологических процессов. Поэтому она так важна длябиоценозов всех экосистем.

Доступностьвлаги в разные периоды года и суток различна. В процессе эволюции живыеорганизмы приспособились регулировать уровень водопотребления и поддерживатьоптимальный состав внут-ренней среды.

По отношениюк водному режиму выделяют следующие экологические группы живых существ:

1. Гидробионты –обитатели экосистем, весь жизненный цикл которых проходит в воде;

2. Гигрофиты – растениявлажных мест обитания (калуженица болотная, купальница европейская, рогозшироколистный);

3. Гигрофилы – животные,обитающие в очень сырых частях экосистем (моллюски, амфибии, комары, мокрицы);

4. Мезофиты – растенияумеренно увлажненных мест обитания;

5. Ксерофиты – растениясухих мест обитания (ковыли, полыни, астрогалы);

6. Ксерофилы – обитателизасушливых территорий, не перено-сящие повышенную увлажненность (некоторые видыпресмыкающихся, насекомых, пустынные грызуны и млекопитающие).

7. Суккуленты – растениянаиболее засушливых местообитаний, способные накапливать значительные запасывлаги внутри стебля или листьев (кактусы, алоэ, агава);

8. Склерофиты – растенияочень засушливых территорий, способные выдерживать сильную обезвоженность(верблюжья колючка обыкновенная, саксаул, саксагыз);

9. Эфемеры и эфемероиды — однолетние и многолетние травя-нистые виды, имеющие укороченный цикл,совпадающий с периодом достаточного увлажнения.

Влагопотреблениерастений может быть охарактеризовано сле-дующими показателями:

1. Засухоустойчивость-способность переносить пониженную атмосферную и (или) почвенную засуху;

2. Влагоустойчивость — способность переносить переувлажнения;

3. Коэффициенттранспирации — количество воды, расходуемое на образование единицы сухой массы(для капусты белокачанной 500-550, для тыквы-800);

4. Коэффициент суммарноговодопотребления – количество во-ды, расходуемое растением и почвой на созданиеединицы биомассы (для луговых трав – 350-400 м3 воды на одну тонну биомассы);

Нарушение водного режима, загрязнениеповерхностных вод опасно, а в некоторых случаях губительно для ценозов.Изменение круговорота воды в биосфере может привести к непредсказуемымпо-следствиям для всех живых организмов.

3.4. Воздушно-газовыйрежим

АтмосфераЗемли имеет достаточно устойчивый состав. 21% кислорода в приземном слое воздухаобеспечивает полноценное дыхание всем организмов в естественных экосистемах.0,03% диоксида углерода- достаточно для фотосинтетических реакций растений. Горизонтальноеи вертикальное перемещение воздушных масс создает необходимый воздухообмен длявсех обитателей экосистемы – от почвенных микроорганизмов до насекомых и птиц.

Воздушно-газовыйрежим может быть нарушен в естественных условиях очень редко (например, приизвержении вулкана), в антропических – достаточно часто. Главные загрязнителивоздуха в наших условиях – оксид углерода, диоксид серы, диоксид азота,формальдегид, пыль. Затрудняя фотосинтез, дыхание, многие другие физиологическиепроцессы, а в некоторых случаях видоизменяя их, загрязнение атмосферыприостанавливает или прекращает рост и развитие живых организмов, приводя вотдельных случаях к их гибели.

Абиотическиефакторы среды только тогда будут полноценно играть свою экологическую роль, когдапоследствия жизнедеятельности человека будут в пределах способности биосферы ксамоочищению и самовосстановлению.

Общие закономерностисовместного действия факторов на организмы

4. Основные законыдействия абиотических факторов.

4.1. Понятие обоптимуме

Каждыйорганизм, каждая экосистема развивается при определенном сочетании факторов:влаги, света, тепла, наличия и состава питательных ресурсов. Все факторыдействуют на организм одновременно. Для каждого организма, популяции,экосистемы существует диапазон условий среды – диапазон устойчивости (рис. 1),в рамках которого происходит жизнедеятельность объектов.

Впроцессе эволюции у организмов сформировались определенные требования кусловиям среды. Дозы факторов, при которых организм, популя-ция или биоценоздостигают наилучшего развития и максимальной продуктивности, соответствуетоптимуму условий. С изменением этой дозы в сторону уменьшения или увеличенияпроисходит угнетение организма и чем сильнее отклонение значения факторов отоптимума, тем снижение жизнеспособности больше, вплоть до гибели организма илиразрушения биоценоза. Условия, при которых жизнедеятельность максимальноугнетена, но организм и биоценоз еще существуют, называются пессимальными.

ПРИМЕР.На севере лимитирующий фактор – тепло, на юге – влагообеспеченность. На КрайнемСевере самые производительные леса из лиственницы Каяндера разнотравные растутв поймах рек – здесь складывается благоприятный гидротермический режим и почвыво время паводков регулярно пополняются элементами питания. Самыенизкопроизводительные леса – из той же лиственницы, но с покровом из сфагновыхмхов, формируются на северных склонах гор в условиях постоянного переувлажненияи холодности почв. Уровень многолетней мерзлоты под моховым покровом неопускается ниже 30 см. В Южном Приморье оптимальные лесорастительные условиясвойственны северным склонам в их средней части, а пессимальные – сухим южнымсклонам с выпуклой поверхностью.

Можнопривести много примеров оптимумов и пессимумов у растений, животных и ихсообществ по отношению к свету, влаге, теплообеспеченности, засоленности почв идр. факторам.

4.2. Понятие отолерантности

Дляразных видов растений и животных пределы условий, в которых они себя хорошочувствуют неодинаковы. Например, одни растения предпочитают очень высокуювлажность, другие предпочитают засушливые местообитания. Одни виды птиц улетаютв теплые края, другие – клесты, кедровки и птенцов выводят зимой. Чем ширеколичественные пределы условий среды обитания, при которых тот или инойорганизм, вид и экосистема могут существовать, тем выше степень ихвыносливости, или толерантности. Свойство видов адаптироваться к условиям средыназывается экологической пластичностью(рис.2), а по амплитуде переносимых популяциями естественныхколебаний фактора судят об экологической валентности вида.

Видыс узкой экологической пластичностью, т.е. способные существовать в условияхнебольшого отклонения от своего оптимума, узкоспециализированные, называются стенобионтными (stenos – узкий),виды широко приспособленные, способные существовать при значительных колебанияхфакторов – эврибионтные(eurys – широкий) Границы, за которыми существование невозможно, называютсянижним и верхним пределами выносливости, или экологической валентности.

ПРИМЕР.Рыбы соленых и пресных водоемов – стенобионты. Трехиглая колюшка и лосось –эврибионты. Стенобионты-растения: чозения, тополь корейский – растения пойм,гигрофитные растения (калужница болотная, рогоз,), ксерофиты Приморья – соснагустоцветковая, абрикос маньчжурский, леспедеца и др. К стенобионтам можноотнести почти всех млекопитающих, в том числе и человека. Достаточно небольшогоотклонения температуры воздуха (22-26°C) и воды (28-38°C) от «нормального» значения, пониженного содержания кислорода и повышенного содержания вредных веществ (хлора,паров ртути, аммиака и др.) в воздухе, чтобы вызвать резкое ухудшение егосостояния.

Поотношению к одному фактору вид м.б. стенобионтом, по отношению к другому –эврибионтом. В зависимости от этого выделяют прямо противоположные пары видов:стенотермный – эвритермный (по отношению к теплу), стеногидрический –эвригидрический (к влаге), стеногаленный – эвригаленный (к засоленности),стено- – эврифотный (к свету), и др.

Существуюти другие термины, характеризующие отношение видов к факторам окружающей среды.Добавление окончания «фил» (phyleo (греч.) – люблю) означает, что видприспособился к высоким дозам фактора (термофил, гигрофил, оксифил, галлофил,хионофил), а добавление «фоб», наоборот, к низким (галлофоб, хионофоб). Вместо«термофоба» обычно употребляется «криофил», вместо «гигрофоба» – «ксерофил».

Типичныеэврибионты — простейшие организмы, грибы. Из высших растений к эврибионтамможно отнести виды умеренных широт: сосну обыкновенную, лиственницу даурскую,дуб монгольский, иву Шверина, бруснику и большинство видов вересковых.

Стенобионтностьвырабатывается у видов, длительное время развивающихся в относительностабильных условиях. Чем сильнее она выражена, тем меньшим ареалом обладаетвид, или его сообщество. Наиболее распространенные виды, имеют широкий диапазонтолерантности ко всем факторам. Они называются космополитами. Но таких видовмало.

4.3. Закон Либиха, или «закон минимума», или законограничивающего фактора

Вприроде нет такого места, где бы на организм действовал один фактор. Всефакторы действуют одновременно и совокупность этих действий называетсяконстелляцией. Значения факторов не всегда равнозначны. Они могут быть всенедостаточны, и тогда наблюдается общее угнетение биоты (слабое развитиерастительного покрова, снижение продуктивности, изменение фракционной структурыбиомассы, изменение других показателей экосистем), но чаще одни из них вдостатке, даже в оптимуме, а другие – в дефиците. При этом констелляция неявляется простой суммой влияния факторов, т.к. степень воздействия однихфакторов на организмы и популяции зависит от степени воздействия другихфакторов.

ПРИМЕР.При оптимальной теплообеспеченности увеличивается толерантность растений иживотных к недостатку влаги и питания, а недостаток тепла сопровождаетсяснижением потребности во влаге и повышенной потребностью в питательныхэлементах. Причем это наблюдается и у растений, и у животных. У растений принедостатке тепла и переувлажнении почв становятся физиологически недоступнымиэлементы питания, и для обеспечения толерантности требуется повышенноеплодородие почв. Также и у животных – чтобы усилить защитные функции организмана холоде, надо хорошо поесть. Так, всегда перед тем, как залечь в берлогумедведь накапливает подкожный жир. Реакции газообмена у рыб неодинаковы в водеразной солености. У жуков рода Blastophagus реакция на свет зависит оттемпературы. При температуре 25°C они ползут на свет (положительный фототропизм), при снижении ее до 20°C или увеличении до 30°C – реакция нейтральная, а при значениях ниже и выше этих пределов – прячутся.

Однакокомпенсаторные возможности у факторов ограничены. Нельзя ни один факторполностью заменить другим, и если значение хотя бы одного из факторов выходитза верхний или нижний пределы выносливости компонента биоты, существованиепоследнего становится невозможным, каковы бы благоприятны не были остальныефакторы.

ПРИМЕР.Нормальное выживание пятнистого оленя в Приморье имеет место только в дубнякахна южных склонах, т.к. здесь мощность снега незначительна и обеспечивает оленюдостаточную кормовую базу на зимний период. Ограничивающим фактором для оленяявляется глубокий снег. Недостаток тепла ограничивает распространение на севербольшинство видов и формаций маньчжурской флоры: сосняки из сосныгустоцветковой, пихта цельнолистная и ее формации распространены только в ЮжномПриморье. А в зоне распространения многолетней мерзлоты повсеместногосподствует лиственница. Для кедрового стланика и ольховника камчатскогорешающими факторами распространения являются высокая влажность воздуха иусловия перезимовки. Они хорошо переносят морозные зимы только при наличиимощного снежного покрова, защищающего побеги от иссушения и обморожения зимнимимуссонами Дальнего Востока. Эти виды образуют заросли только в прибрежныхрайонах Охотского и Берингового морей, а в континентальных р-нах – вподгольцовом поясе на высоте не менее 1000 м/н.у.м. На ранних стадиях развитияограничивающим фактором у хвойных пород может быть избыток света. Все они, дажесосна могильная, в первые годы жизни требуют притенения.

Всередине 19 века (1846 г.) немецкий агрохимик Либих вывел «закон минимума». Вопыте с минеральными удобрениями он установил, что наибольшее влияние навыносливость растений оказывают те факторы, которые в данном местообитаниинаходятся в минимуме. Он писал в 1955 г.: «Элементы, полностью отсутствующиеили не находящиеся в нужном количестве, препятствуют прочим питательнымсоединениям произвести эффект или уменьшают их питательное действие». Этосправедливо не только к элементам питания, но и к другим жизненно важнымфакторам. Закон Либиха применим только в условиях стационарного состоянияэкосистемы, т.е. когда приток вещества и энергии в систему уравновешивается ихоттоком.

Фактор,уровень которого близок к пределам выносливости конкретного организма, вида ипр. компонентов биоты, называется ограничивающим. И именно к этому факторуорганизм приспосабливается (вырабатывает адаптации) в первую очередь. Законограничивающих, или лимитирующих, факторов распространяется не только наситуацию, когда эти факторы в «минимуме», но и в «максимуме», то есть выходитза верхний предел выносливости организма (экосистемы).

Впессимальных условиях ограничивающих факторов несколько и их общее подавляющеевлияние может быть выше суммарного подавляющего эффекта отдельно взятыхфакторов.

ПРИМЕРс южными склонами – инсоляция усиливает сухость среды, препятствует повышениюплодородия почв.

Частоограничивающим фактор бывает на одной из стадий развития вида. Как известно,наиболее уязвимы ювенильные особи и для них ограничивающих факторов м.б.несколько. В разных географических зонах и ограничивающие факторы разные: наКрайнем Севере – чаще тепло, в южных районах – влага. Разные виды по-разномуреагируют на один и тот же фактор. По реакции их взрослых особей на тот илииной фактор можно построить экологический ряд (в порядке убывания или нарастаниядействия фактора).

ПРИМЕРэкологического ряда древесных пород по теневыносливости: лиственница – березабелая – осина – ивы – липа – дуб – береза даурская – ясень – клены – ольха –ильм – граб – ель – кедр – пихта. Экологический ряд типов леса (потеплообеспечнности): лиственничник (Л.) травяный – Л. зеленомошный – Л.брусничный – Л. сфагновый (рис. 3). Экологический ряд типов леса (поувлажнению): ильмовник (или ясеневник) крупнотравно-папоротниковый – дубняк(Д.) с березой разнотравный – Д. осоковый – Д. рододендроновый осоковый – Д.марьянниково-осоковый – Д. осочковый редкопокровный (рис. 4).

Впределах популяции тоже можно выделить индивидуумы наиболее и наименеечувствительные к одному и тому же фактору. Это обусловлено сочетаниемнаследственных (генетических) и приобретенных (фенотипических) признаковорганизмов. Благодаря экологической индивидуальности в популяциях существуютразные по жизнестойкости особи. Самые жизнестойкие переживают периодынеблагоприятных условий, способствуя сохранению вида в экстремальных условиях.

4.5.Правило предваренияВ.В. Алехина

Установилботаник Вас. Вас. Алехин (1951). Одни и те же сообщества в одной зонезональные, в других – экстразональные. Во втором случае за пределами северныхграниц ареала они занимают наиболее благоприятные для себя местообитания, запределами южных границ – наименее благоприятные. Это особенно проявляется насеверных и южных склонах лесной зоны. На холодных северных склонах вМагаданской области растут лиственничные редины со сфагновым покровом, а натеплых южных – лиственничные мохово-лишайниковые редколесья (Чукотка) икаменноберезовые разнотравные леса (Северное Охотоморье). В юго-западныхрайонах Приморья северные склоны заняты влажными хвойно-широколиственнымилесами, а южные – сухими дубняками с редкими вкраплениями сосняков из сосныгустоцветковой (могильной) и абрикосниками, на самой окраине – переходящими влесостепные сообщества.

Выявленнаязакономерность имеет большое значение, т.к. позволяет достаточно точно описатьрастительность еще не изученных территорий и реконструировать его прежний обликв местах, где он был уничтожен.

4.6. Принцип стациальной верности Г.Я.Бей-Биенко

Стация– место обитания популяции вида, которому присущи экологические условия,соответствующие требованиям вида. Каждый вид имеет свой набор стаций. Впределах одной зоны и временного периода вид занимает одни стации. С переходомв другую зону или с переходом в другую возрастную стадию вид может менятьстации. Правило зональной смены местообитаний установил энтомолог Григ. Яковл.Бей-Биенко (1966). В северных районах многие виды насекомых обычно ведут себякак гигрофобы, занимая более сухие, с разреженным покровом участки, а в южныхони же – гигрофиты, селятся во влажных, тенистых местах, с густым растительнымпокровом (перелетная саранча). Другой пример – муравьи-лазии (Lasius niger, L.flavus) на влажных лугах заселяют кочки, а на сухих – в степи, предпочитаютболее влажные стации обитания. Зональная смена местообитаний характерна и длярастений.

Так,кедровый стланик в Южном Приморье растет только в подгольцовом поясе на высотеот 1000-1100 м до 1400-1600 м над ур.м., с продвижением к северу он спускаетсявниз и образует в долинных лиственничниках густой подлесок. Севернее 60° с.ш. –на Южной Чукотке и Охотском побережье, восточные и юго-восточные склоны иподножия гор и холмов заняты сплошными зарослями кедрового стланика.

4.7. Правило зональнойсмены ярусов М.С. Гилярова

Вразных зонах одни и те же виды занимают и разные ярусы. При продвижении насевер они закономерно из верхних ярусов перебираются в нижние, более теплые, анекоторые – и в почву. Это установил почв. зоолог Меркур. Серг. Гиляров.

ПРИМЕР.Личинки жука-оленя (Lucanus cervus) в лесной зоне развиваются в разлагающемсявалеже и пнях, а в степной – обитают в гнилых корнях на глубине до 1 м.

Кромезональной (пространственной) смены местообитаний происходят и временные смены:сезонная (в течения месяца и даже одних суток при колебаниях микроклимата – впериоды засух или тайфунов, насекомые и грызуны то прячутся под защиту кронкустарников и деревьев, то выбираются на открытые места) и годичная (приотклонении погодных условий от среднегодовых норм). Благодаря сменеместообитаний виды сохраняют свой экологический статус в постоянно меняющихсяусловиях. В то же время при успешном расселении они занимают новыеместообитания, и даже меняют их. В результате начинает меняться экология ифизиология особей и популяций. В таких случаях смена стаций становится одним изведущих факторов эволюции.

Принципстациальной верности и противоположный ему принцип зональной и вертикальнойсмены местообитаний указывает на сложные связи организмов со средой. Изучениеих очень важно для познания экологии видов, как основы для охраны редких иполезных и борьбы с вредными видами.

5. Экологическоезначение абиотических факторов

В разныхусловиях среды биологические процессы протекают с различной скоростью.Например, рост многих растений зависит от концентрации различных веществ (воды,углекислого газа, азота, ионов водорода).

На примеретемпературы видно, что этот фактор переносится организмом лишь в определенныхпределах. Организм погибает, если температура среды слишком низка или слишкомвысока. В среде, где температура близка к этим крайним значениям, живыеобитатели встречаются редко. Однако их число увеличивается по мере того, кактемпература приближается к среднему значению, которое является наилучшим(оптимальным) для данного вида.

Толерантность(от греческого толеранция ― терпение) способность организмов выдерживатьизменения условий жизни (колебания температуры, влажности, света). Например:одни гибнут при температуре 50°, а другие выдерживают кипячение.

В разныхусловиях среды биологические процессы у организмов протекают с различнойскоростью. Например, рост многих растений зависит от концентрации различныхвеществ (воды, углекислого газа, азота, ионов водорода).

Возможно, чтоименно в толерантности будет состоять спасение природы от слишком неразумноговоздействия человека. К тому же на Земле есть ещё места относительно малоподверженные влиянию человека. Поэтому к тому моменту, когда человек создастневыносимые для себя условия, какая-то жизнь останется и продолжит эволюцию,если только человек не разнесёт планету в клочья в результате атомнойкатастрофы. Существуют также растения, которые вырабатывают вещества, приводящиек их собственной гибели.

Организмы сшироким диапазоном толерантности обозначают приставкой «эври-».Эврибионт ― это организм, способный жить при различных условиях среды.Например: эвритермный ― это организм, переносящий широкие колебаниятемпературы. Организмы с узким диапазоном толерантности обозначают приставкой«стено-». Стенобионт ― организм, требующий строго определённыхусловий среды. Например: форель ― стенотермный вид, а окунь ―эвритермный. Форель не выносит большие колебания температуры, если исчезнут вседеревья по берегам горного потока, это приведёт к повышению температуры нанесколько градусов, в результате чего форель погибнет, а окунь выживет.

При помещенииорганизма в новые условия, он через некоторое время привыкает, адаптируется. Этоприводит к сдвигу кривой толерантности и называется адаптацией илиакклиматизацией. Для нормального развития организмов необходимо наличие разныхфакторов строго определённого качества, каждый из них должен быть и вопределённом количестве. В соответствии с законом толерантности избытоккакого-либо вещества может быть так же вреден, как и недостаток, то есть всёхорошо в меру. Например: урожай может погибнуть как при засушливом, так и прислишком дождливом лете.

Законминимума.

Интенсивностьтех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двумили большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значениебудет принадлежать такому фактору, который имеется в минимальном, с точкизрения потребностей организма, количестве. Это правило было сформулированоосновоположником науки о минеральных удобрениях Юстусом Либихом (1803–1873) иполучило название закона минимума. Ю. Либих обнаружил, что урожай растенийможет ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этотэлемент находится в недостатке.

При этом позакону минимума недостаток какого-либо одного вещества не компенсируетсяизбытком всех остальных. Если в почве много азота, калия и др. питательныхвеществ, но не хватает фосфора (или наоборот), растения будут нормальноразвиваться только до тех пор, пока не усвоят весь фосфор.

Факторы,сдерживающие развитие организмов из-за недостатка или избытка по сравнению спотребностями, называются лимитирующими.

Положение олимитирующих факторах существенно облегчает изучение сложных ситуаций. При всейсложности взаимоотношений организмов и среды их обитания не все факторы имеютодинаковое экологическое значение. Так, например, кислород является факторомфизиологической необходимости для всех животных, но с экологической точкизрения он становится лимитирующим лишь в определенных местообитаниях. Если вреке гибнет рыба, то в первую очередь должна быть измерена концентрациякислорода в воде, так как она сильно изменчива, запасы кислорода легкоистощаются, и его часто не хватает. Если в природе наблюдается гибель птиц,необходимо искать другую причину, так как содержание кислорода в воздухеотносительно постоянно и достаточно с точки зрения требований наземныхорганизмов.

6. Адаптация живыхорганизмов к условиям окружающей среды.

Согласнотеории Ч. Дарвина, организмы изменчивы. Невозможно найти двух абсолютнотождественных особей одного вида. Эти различия частично передаются понаследству. Все это легко объяснимо и с точки зрения генетики. Каждый вид икаждая популяция насыщены разнообразными мутациями, то есть изменениями встроении организмов, вызванными соответствующими изменениями в хромосомах,которые происходят под влиянием факторов внешней или внутренней среды. Этиизменения в признаках организма имеют скачкообразный характер и передаются понаследству. В подавляющем большинстве эти мутации оказывается, как правило,неблагоприятными, поэтому практически все они рецессивные, то есть ихпроявления исчезают через определенное количество поколений. Однако вся этасовокупность изменений представляет собой резерв наследственности, генофондвида или популяции, который может быть мобилизован через естественный отбор приизменении условий существования популяций.

Еслипопуляция живет в относительно постоянных условиях, то практически все мутацииотсекаются естественным отбором, который в данном случае называется стабилизирующим.Закрепляются лишь мутации, ведущие к меньшей изменчивости признаков, а такжемутации, способствующие экономии энергии за счет избавления от функций, ставшихв неизменных условиях “лишними”. Это способствует формированию стенобионтов.Часто стабилизирующий отбор ведет к дегенерации, то есть эволюционнымизменениям, связанным с упрощением формы организации, сопровождающимся обычноисчезновением каких-то органов, потерявших свое значение. Так киты потерялизадние конечности, ланцетник не имеет собственных органов пищеварения и т.п.Взамен потерянным могут быть приобретены новые органы.

При измененииусловий среды обитания формируется давление среды на популяцию, при этомнаибольшие шансы на выживание получают носители таких мутаций, которые“угадали” такие изменения, которые более благоприятны для новых условий среды,чем исходные формы. Именно они дают наибольшее потомство, в котором происходитеще большее уточнение форм, удовлетворяющих новому состоянию среды. Врезультате с каждым новым поколением формы постепенно изменяются. Такойестественный отбор называется движущим.

Незначительныеэволюционные изменения, способствующие лучшему приспособлению к определеннымусловиям среды обитания, называются идеоадаптацией. Это различного рода частныеприспособления: защитная окраска, плоская форма придонных рыб, приспособлениясемян к рассеиванию, вырождение листьев в колючки для уменьшения транспираци ит.п. Путем идеоадаптации возникают обычно мелкие систематические группы: виды,рода, семейства.

Болеесущественные эволюционные изменения, не являющимися приспособлениями котдельным факторам среды, приводящие к существенным изменениям форм жизни,давая начало новым отрядам, классам, типам и т.п., называются ароморфозом.Примером ароморфоза является выход древних рыб на сушу и формирование классаземноводных. Следствиями ароморфоза являются также и возникновение такихкачеств живых существ, как психика и сознание. Ароморфоз знаменует собойкрупные революционные изменения в структуре биосферы, вызванные, по-видимому,глобальными изменениями среды обитания.

Рассуждая попринципу аналогии, можно предположить, что так же как окружающая среда воздействуетна нас, вынуждая нас искать способы приспособления к ней, также и мы можемвоздействовать на клетки наших организмов, как надсистема, вынуждая ихприспосабливаться к внешним для них условиям теми способами, которые мы от нихожидаем и которые по каким-то причинам нам необходимы. Например, мы начинаемрегулярно нагружать наши мышцы, и наши мышечные ткани, адаптируясь к новымусловиям, в ответ на эти нагрузки начинают расти и крепнуть. Воздействие можетпроисходить и по более сложной цепи, например, в случае испуга в нашу кровьвыделяется адреналин, вынуждающий все клетки перейти в стрессовое, то естьболее активное, состояние, использовав для этого свои резервы, что дает всемуорганизму дополнительную силу для преодоления внешней опасности. Таким образом,механизм воздействия на внутренние подсистемы посредством изменения факторовсреды для этих подсистем является, по-видимому, достаточно универсальныммеханизмом воздействия любой надсистемы на свою внутреннюю организацию.

Не являетсяисключением, скорее всего, и внутриклеточный уровень. Если клетка нашегоорганизма попадает в измененные условия, и эти изменения либо закрепляются,либо периодически повторяются, то клетка пытается приспособиться к новымусловиям, изменяя соответствующим образом свою структуру, то есть изменяявнутриклеточную среду, воздействуя тем самым на населяющие ее органоиды, в томчисле и на хромосомы, которые также, вероятно, вынуждены приспосабливаться квнешним для них условиям. Не исключено, что при некоторых воздействиях на организмпрактически весь генетический аппарат во всех клетках подвергаетсяопределенному воздействию, которое приводит к вполне однозначным изменениям встроении хромосом. Это значит, что внешняя среда напрямую можетвоздействовать на наш генетический аппарат.

То естьмутации, о которых мы говорили, могут оказаться вовсе не случайными, а вполненаправленными. Тогда теория естественного отбора приобретает небольшуюкорректировку:среди мутаций, присутствующих в популяции при конкретномизменении условий среды, преобладают те, которые непосредственно инициированыименно данным изменением. То есть сами мутации являются, по-видимому,направленными и призванными найти новые формы, отвечающие требованиямизменившейся среды. А так как ответ жизни на внешние изменения, как мы ужеговорили, подчиняясь принципу оптимальности, оказывается вполне однозначным, тоне исключено, что конкретная мутация какого-либо признака носит цепнойхарактер. То есть, возникнув однажды в потомстве одной пары, удачная мутацияоказывается “заразной” для других пар родителей, дающих свое потомство, но стеми же удачными мутациями. В результате уже в течение одного поколения врамках вида у разных родителей могут народиться дети, обладающие одинаковымипризнаками, отличающимися от признаков родителей, образовав тем самымсовершенно новый подвид. И тогда уже бесполезно искать какие-то промежуточныезвенья. Новый подвид (а впоследствии новый вид) появляется сразу, практически водно время, и сразу же оказывается представленным достаточно большим дляустойчивого размножения количеством особей. Правда, пока это только гипотеза.

Такиепроцессы возникают, по-видимому, в те самые периоды серьезных изменений среды,грозящих вымиранием данному виду. Именно тогда формируется “мутовка”, то естьна свет появляется огромное количество мутаций, цель которых: найти верноерешение, новую форму. И это решение обязательно будет найдено, потому что, какмы уже говорили, для этого жизнь задействует “технику пробного нащупывания”,являющуюся “специфическим и неотразимым оружием всякого расширяющегосямножества” (терминология Тейяра де Шардена). Мутации заполняют все возможноепространство вариантов новых форм, а потом уже сама среда определяет, какие изэтих форм закрепятся в жизни, а какие исчезнут, не пройдя испытаниеестественным отбором. Иногда такая мутовка порождает целый букет новых фил, тоесть эволюционных ветвей, являющихся разными ответами на одно и то же изменениесреды.

Приспособлениеорганизмов к факторам среды вызывается не только эволюционными перестройками,происходящими в биосфере. Часто организмы используют естественнуюнаправленность и периодичность этих факторов для распределения своих функций повремени и программирования своих жизненных циклов, чтобы наилучшим образомиспользовать благоприятные условия. Благодаря взаимодействию между организмамии естественному отбору, все сообщество становится запрограммированным наразного рода природные ритмы. В этих случаях факторы среды выступают в ролисвоего рода синхронизаторов процессов в биосфере.

По степенинаправленности действия факторы среды обитания можно классифицироваитьследующим образом:

1)периодические факторы (суточные, годовые и т.п.);

2)повторяющиеся без строгой периодичности (наводнения, ураганы, землетрясения ит.п.);

3) факторыоднонаправленного действия (изменение климата, заболачивание и т.п.);

4) случайныеи неопределенные факторы, наиболее опасные для организма, так как зачастуювстречаются впервые.

Наилучшимобразом живым организмам удается приспособиться к периодическим и однонаправленнымфакторам, характеризующимся определенностью действий, поэтому поддающимсяоднозначной расшифровке. То есть требование надсистемы в этом случае вполнепонятно.

Частнымслучаем таких адаптаций к повторяющимся факторам является, например,фотопериодизм — это реакция организма на длину светового дня в умеренных иполярных зонах, которая воспринимается как сигнал для смены фаз развития илиповедения организмов. Примерами фотопериодизма являются такие явления, каклистопад, линька животных, перелеты птиц и т.п. Применительно к растениямвыделяют обычно растения короткого дня, существующие в южных широтах, где придлительном вегетационном периоде день относительно короткий, и растениядлинного дня, характерные для северных широт, где при коротком периоде вегетациидень длиннее.

Другимпримером адаптации к периодичности природных явлений может служить суточнаяритмика. Например, у животных при смене дня и ночи меняется интенсивностьдыхания, частота сердцебиений и т.д. К примеру, серые крысы более лабильны по суточнойритмике, чем черные, поэтому они легче осваивают новые территории, заселив ужепрактически весь земной шар.

Еще однимпримером является сезонная активность. Это не обязательно смена времен года, нои смена, например, сезона дожей и засухи и т.п.

Интереснытакже адаптации к приливно-отливной ритмике, которая связана как с солнечными,так и лунными сутками (24 ч. 50 мин.). Ежедневно приливы и отливы смещаются на50 мин. Сила приливов меняется в течение лунного месяца (29,5 дней). Приноволунии и полнолунии приливы достигают максимума. Все эти особенностинакладывают отпечаток на поведение организмов литорали (приливно-отливнойзоны). Например, отдельные рыбы откладывают икру на границе максимальногоприлива. К этому же периоду приурочен выход мальков из икринок.

Многиеритмические адаптации передаются по наследству даже при перемещениях животныхиз одной зоны в другую. В таких случаях может быть нарушен весь жизненный циклорганизма. Например, страусы на Украине могут откладывать яйца прямо на снег.

Механизмыприспособления к периодичности процессов могут быть самыми неожиданными.Например, у некоторых насекомых на фотопериодизме основан своего рода контрольрождаемости. Длинные дни в конце весны и начале лета вызывают в ганглии нервнойцепочки образование нейрогормона, под влиянием которого появляются покоящиесяяйца, дающие личинки только следующей весной, сколь благоприятными бы ни быликормовые и другие условия. Таким образом, рост популяции сдерживается еще дотого, как запасы пищи станут лимитирующим фактором.

Адаптация кфакторам, повторяющимся без строгой периодичности, формируется гораздо сложнее.Тем не менее, чем более характерен данный фактор для природы (например, пожары,сильные бури, землетрясения), тем больше конкретных механизмов адаптацийнаходит для них жизнь. Например, в отличие от длины дня количество осадков впустыне совершенно непредсказуемо, тем не менее некоторые однолетние растенияпустыни используют обычно этот факт в качестве регулятора. Их семена содержатингибитор прорастания (ингибитор — вещество, тормозящее процессы), которыйвымывается только определенным количеством осадков, которого будет достаточнодля полного жизненного цикла данного растения от прорастания семени досозревания новых семян.

По отношениюк лесным пожарам растения также выработали специальные адаптации. Многие видырастений вкладывают больше энергии в подземные запасающие органы и меньше — ворганы размножения. Это так называемы “восстанавливающиеся” виды. “Гибнущие взрелости” виды, наоборот, дают многочисленные семена, готовые прорасти сразу жепосле пожара. Некоторые из этих семян десятилетиями лежат в лесной подстилке непрорастая и не теряя всхожести.

Наиболееопасны для живых организмов факторы неопределенного действия. Природные системыобладают способностью хорошо восстанавливаться после острых стрессов, типапожаров и бурь. Более того, многие растения даже нуждаются в случайныхстрессах, для поддержания “жизненного тонуса”, повышающего устойчивостьсуществования. Но малозаметные хронические нарушения, особенно характерные дляантропогенного влияния на природу, дают слабые реакции, поэтому их трудноотследить, а самое главное трудно оценить их последствия. Поэтому адаптации кним формируются крайне медленно, иногда гораздо медленней, чем время накопленияпоследствий хронического стресса сверх пределов, после которых экосистемаразрушается. Особенно опасны промышленные отходы, содержащие новые химическиевещества, с которыми природа еще не сталкивалась. Одним из опаснейшихстрессоров является тепловое загрязнение среды. Умеренное повышение температурыможет оказать на жизнь положительное воздействие, но после определенногопредела начинают проявляться стрессовые эффекты. Особенно это заметно вводоемах, непосредственно связанных с тепловыми электростациями.

Экологическаявалентность, степень приспособляемости живого организмак изменениям условий среды. Экологическая валентность представляет собойвидовое свойство. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, впределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность.Экологическая валентность может рассматриваться как в отношении реакции вида наотдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов. В первом случаевиды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора, обозначаютсятермином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври»(эвритермные — по отношению к влиянию температуры, эвригалинные — к солёности,эврибатные — к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшимизменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином с приставкой«стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкойЭкологическая валентность по отношению к комплексу факторов, называются эврибионтамив противоположность стенобионтам, обладающим малой приспособляемостью.Поскольку эврибионтность даёт возможность заселения разнообразных местобитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций, этидве группы часто называют соответственно эвриили стенотопными.

Давлениечеловека на среду уже превышает все мыслимые пределы. Но оно к тому же и растетс каждым годом.

7. Биотические факторыи их описание.

Биотическиефакторы — (от греч. biotikos — жизненный), совокупность влияний, оказываемых наживые организмы деятельностью других организмов. Одни живые существа служатпищей для других, способствуют их размножению (насекомые-опылители) ирасселению (перенос семян различными животными), оказывают хим. воздействие(токсины бактерий, антибиотики, фитонциды и др.), могут быть средой их обитания(напр., хозяева для паразитов) и т. д. Действие Б. ф. может быть и косвенным,напр. растения, почвенные микроорганизмы и животные могут изменять состав иструктуру почвы и тем самым влиять на др. организмы. Действия Б. ф, в наиб,отчётливой форме проявляются в природных сообществах организмов — биоценозах ив создаваемых человеком агробиоценозах (напр., влияние сорных растений наурожайность с.-х. культур, почвенной фауны на структуру почвы и др.).

К важнейшимбиотическим факторам относятся наличие пищи, пищевые конкуренты и хищники.

1. Общаязакономерность действия биотических факторов

Большую рольв жизни каждого сообщества играют условия среды обитания организмов. Любойэлемент среды, оказывающий прямое воздействие на живой организм, называютэкологическим фактором (например, климатические факторы).

Различаютабиотические и биотические экологические факторы. К абиотическим факторамотносят солнечную радиацию, температуру, влажность, освещенность, свойствапочвы, состав воды.

Важнымэкологическим фактором для популяций животных считают пищу. Количество икачество пищи влияют на плодовитость организмов (их рост и развитие),продолжительность жизни. Установлено, что мелким организмам необходимо большепищи в расчете на единицу массы, чем крупным; теплокровным — больше, чеморганизмам с непостоянной температурой тела. Например, синице лазоревке примассе тела в 11 г необходимо ежегодно потреблять пищи в размере 30% от ее массы,певчему дрозду при массе 90 г — 10%, а сарычу при массе в 900 г — всего 4,5%.

К биотическимфакторам относят различные взаимоотношения между организмами в природномсообществе. Различают взаимоотношения особей одного вида и особей разных видов.Взаимоотношения особей одного вида имеют большое значение для его выживания.Многие виды могут нормально размножаться только тогда, когда они живут довольномногочисленной группой. Так, баклан нормально живет и размножается, если в егоколонии насчитывается не меньше 10 тыс. особей. Принцип минимального размерапопуляции объясняет, почему редкие виды трудно спасти от исчезновения. Длявыживания африканских слонов в стаде должно быть не меньше 25 особей, а северныхоленей — 300-400 голов. Совместная жизнь облегчает поиски пищи и борьбу сврагами. Так, только стая волков может поймать добычу крупных размеров, а стадолошадей и бизонов может успешно обороняться от хищников.

В то же времячрезмерное увеличение численности особей одного вида приводит к перенаселениюсообщества, обострению конкуренции за территорию, пищу, лидерство в группе.

Взаимоотношенияособей разных видов в сообществе могут быть независимыми. Часто складываютсяконкурентные взаимоотношения. Особи разных видов конкурируют за пищу,территорию. Существуют симбиотические взаимоотношения, когда особи одного видамогут жить и размножаться только в присутствии другого вида. Различают также итакие типы отношений между особями разных видов, как сотрудничество,паразитизм, хищничество. Все формы внутривидовых и межвидовых взаимоотношений всообществе относят к действию биотических факторов.

Изучениемвзаимоотношений особей одного вида в сообществе занимается популяционнаяэкология. Главная задача популяционной экологии — изучение численностипопуляций, ее динамики, причин и последствий изменения численности.

Популяцииразных видов, длительное время обитающие совместно на определенной территории,образуют сообщества, или биоценозы. Сообщество разных популяций взаимодействуетс экологическими факторами среды, вместе с которыми оно образует биогеоценоз.

Большоевоздействие на существование особей одного и разных видов в биогеоценозеоказывает лимитирующий, или ограничивающий, фактор среды, то есть недостатоктого или иного ресурса. Для особей всех видов лимитирующим фактором может бытьнизкая или высокая температура, для обитателей водных биогеоценозов — соленостьводы, содержание кислорода. Например, распространение организмов в пустынеограничивается высокой температурой воздуха. Изучением ограничивающих факторовзанимается прикладная экология.

Дляхозяйственной деятельности человека важно знать лимитирующие факторы, которыеведут к снижению продуктивности сельскохозяйственных растений и животных, к уничтожениюнасекомых-вредителей. Так, ученые установили, что ограничивающим фактором дляличинок жука-щелкуна является очень низкая или очень высокая влажность почвы.Поэтому для борьбы с этим вредителем сельскохозяйственных растений проводятосушение или сильное увлажнение почвы, что приводит к гибели личинок.

Экологияизучает взаимодействие организмов, популяций, сообществ между собой,воздействие на них факторов среды обитания. Аутэкология изучает связи особей сосредой, а синэкология — взаимосвязи популяций, сообществ и среды обитания.Различают абиотические и биотические экологические факторы. Для существованияособей, популяций важное значение имеют лимитирующие факторы. Большое развитиеполучила популяционная и прикладная экология. Достижения экологии используютсядля разработки мер охраны видов и сообществ, в сельскохозяйственной практике.

Классификациябиотических взаимодействий:

1. Нейтрализм- ни одна популяция не влияет на другую.

2.Конкуренция — это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства)одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддядругого организма.

Конкуренциябывает внутривидовая и межвидовая.

Есличисленность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо иресурсы имеются в изобилии.

При высокойплотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличиересурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируетсячисленность популяции. Межвидовая конкуренция — взаимодействие междупопуляциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости. Призавозе в Британию из Северной Америки каролинской белки уменьшилась численностьобыкновенной белки, т.к.

каролинскаябелка оказалась более конкурентоспособной. Конкуренция бывает прямая икосвенная. Прямая — это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за местообитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных,выражающейся в прямых столкновениях.

Принедостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси,хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.) Косвенная — между кустарникамии травянистыми растениями в Калифорнии.

8. Биосфера

8.1.Биосфера: функции живого вещества.

Живоевещество по составу есть вся совокуп­ность живых организмов, обитающих вбиосфере. Живое вещество имеет биомассу,обладает продук­тивностью и имеет особенные по сравнению с кос­ным веществом свойства. Эти свойства обеспечива­ютважнейшие функции живого вещества.

1. Энергетическая функция.Она определяется свойствами светочувствительного вещества хлоро­филла зеленых растений,с помощью которого рас­тения улавливают, аккумулируют солнечную энер­гию,преобразуют ее в энергию химических связей молекул органических веществ.Органические ве­щества, созданные зелеными растениями, служат источникомэнергии для представителей иных царствживых существ.

2.Транспортная функция. Пищевые взаимодействия живого вещества приводят кперемещению огромных масс химических элементов и веществ против сил тяжести и вгоризонтальном направле­нии. В этом перемещении заключается транспорт­наяфункция живого вещества.

3. Деструктивная функция. Минерализация ор­ганическихвеществ, разложение отмершей органи­ки до простых неорганическихсоединений опреде­ляет деструктивную функцию живого вещества. Данную функцию восновном выполняют грибы, бактерии.

4.Концентрационнаяфункция есть накоплениеопределенных веществ в живых существах. Рако­винымоллюсков, панцири диатомовых водорослей, скелеты животных — все этопримеры проявления концентрационной функцииживого вещества.

5.Живое вещество преобразует физико-хими­ческие параметры среды. В этомпроявляется еще одна главная функция живоговещества — средообразующая. Например,леса регулируют поверхност­ный сток, увеличивают влажность воздуха,обога­щают атмосферу кислородом.

8.2. Биосфера: глобальный биогеохимический круговоротвеществ, потоки энергии.

Жизнь существует миллиарды лет. Неорганическоевещество постоянно потребляется из окружающей среды. За это время ономогло быть израсходовано, потому что количество вещества наЗемле конечно. Конечное количество вещества в биосфере приобрелосвойство бесконечности через круговорот веществ. Питание, дыхание иразмножение организмов и связанные с ними процессы создания,накопления распада органического вещества обеспе­чивают постоянныйкруговорот вещества и энергии.

Биогеохимический круговорот веществ — это повторяющиесявзаимосвязанные физические, хи­мические и биологические процессыпревращения и перемещения вещества в природе.

Движущими силами биогеохимического круговоротаслужат потоки энергии Солнца и деятель­ность живого вещества. Врезультате биогеохимического круговорота происходит перемещениеогромных масс химических элементов, концентрация иперераспределение аккумулированной в процессе фотосинтеза энергии.

Биогеохимический круговорот в биосфере являетсяне полностью замкнутым, незначительная часть вещества«захороняется». Это привело к то­му, что в атмосфере накопилсябиогенный кислород, а в земной коре — различные химическиеэлементы и соединения.

Весь живой мир получает необходимую энергию изорганических веществ, созданных фотосинтезирующими растениями илихемосинтезирующими микроорганизмами. Основной канал передачи энергии— это пищевая цепь от источника пищи растений, или продуцентов,к консументам и редуцентам. При этом образуются соответствующие трофическиеуровни.

При каждом очередном переносе с одного трофическогоуровня на другой большая часть энергии (до 90%) теряется в видетепла. Это ограничивает число звеньев — чем короче цепь, тем большеколичество доступной энергии.

Таким образом, жизнь на нашей планете осуще­ствляетсякак постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии.

8.3. Биосфера:защитные экраны.

Биосфератесно связана с космической средой. Каждую секунду на площадь в 1 м² через границу земной атмосферы из космоса в направлении земной поверхности влетает более1000 заряженных частиц. Космическое излучение смогло бы за короткий срокразложить на ионы и электроны весь воздух атмосферы. Жизнь на Земле стала быневозможна. Однако этого не происходит, так как Земля защищена от космическихлучей магнитным полем. Линии земного магнитного поля отражают космические лучи,обладающие малой энергией, и они, как правило, не могут проникнуть в нижниеслои атмосферы. Лишь космические лучи с очень большой энергией способны пробитьземное магнитное поле и долететь до поверхности Земли, независимо отгеографической широты.

Вмагнитосфере заряженные частицы в основном удерживаются линиями магнитногополя. При поступлении очередной порции частиц некоторая их часть как бы«стряхиваемся» в атмосферу. Это создает электрические токи и является причинойгеомагнитных бурь.

Ещеодним защитным экраном Земли является озоновый экран. Озоносфера(озоновый экран) состоит из озона — газа синего цвета с резким запахом. Высотаего расположения от 10 до 15 км, максимум — 20—25 км. Озон формируется встратосфере, когда под воздействием ультрафиолетовых лучей молекулы кислородараспадаются на свободные атомы, которые могут присоединяться к другим егомолекулам. Возможна и иная реакция — свободные атомы кислорода могут присоединятьсяк молекулам озона с образованием двух молекул кислорода. В стратосфере озонпоглощает ультрафиолетовые лучи солнечной радиации, тем самым защищая всеживое. В последние годы отмечается истощение озонового слоя. Основной причинойистощения является применение хлорфторуглеводородов — фреонов, широкоиспользуемых в производстве и быту в качестве хладореагентов,пенообразователей, растворителей, аэрозолей. Фреоны катализируют процессразложения озона, нарушая равновесие между ним и кислородом в сторонууменьшения концентрации озона.

8.4. Биосфера:биологическое разнообразие.

Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае,когда она разнокачественна.

Биологическое разнообразие биосферы включаем разнообразиевсех видов живых существ, населяющих биосферу, разнообразиегенов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразие экосистем биосферы в различных природных зонах.

Удивительноеразнообразие жизни на Земле — это не просторезультат приспособления каждого видак конкретным условиям среды, но и важнейший механизм обеспечения устойчивости биосферы.

Лишь немногие виды в экосистеме имеют значительнуючисленность, большую биомассу и продуктивность. Такие виды называют доминирующими. Редкие или малочисленные виды имеют низкие показателичисленности и биомассы. Как правило, виды-доминанты ответственны за основнойпоток энергии и являются главными средообразователями сильно влияющими наусловия жизни других видов. Малочисленныевиды составляют как бы резерв и при изменении различных внешних условийони могут попасть в состав доминирующих видов илизанять их место. Редкие виды в основном и создают видовоеразнообразие.

Прихарактеристике разнообразия учитывают такие показатели, как видовоебогатство и выровненность распределения особей.

Видовоебогатство выражается отношением общегоколичества видов к общему количеству особей или к единице площади. Например, в двух сообществах при равныхусловиях обитает 100 особей. Но в первомэти 100 особей распределяются между десятьювидами, а во втором — между тремя видами. В приведенном примере первоесообщество имеет более богатое видовое разнообразие, чем второе.

Предположим,что и в первом и во втором сообществе имеется 100 особей и 10 видов.Но в первом сообществе особи между видами распределяются по 10 вкаждом, а во втором — один вид имеет 82 особи, а остальные по 2.

Как и в первом примере, первое сообщество будетиметь большую выровненность распределения особей, чем второе.

Сохранение биологического разнообразия — непременноеусловие сохранения и развития естественных экосистем,существования всей жизни в целом.

8.5. Биосфера:механизмы устойчивости.

Биосферапредставляет собой открытую систему,которая обменивается веществом и энергией с окружающей средой. Это возможнопотому, что в экосистемеприсутствуют не только автотрофы — производителиорганического вещества, но и гетеротрофы— потребители и разрушители органического вещества. Между процессами созданияорганического вещества и егопреобразованием и разрушением устанавливаетсяотносительное равновесие, и экосистема остается устойчивой. Устойчивость— это свойство экосистемы, котороепроявляется в поддержании своего состава, структуры и функций, а также в способности восстанавливаться в случае, если они будут нарушены. Устойчивость биосферыопределяется:

—исключительным разнообразием живого вещества;

—взаимозаменяемостью составляющих ее экосистем;

—дублированием звеньев биогеохимических циклов;

— жизненной активностью живого вещества.

Биологическое разнообразие обеспечивает богатствоинформационных, вещественных и энергетических связей живого икосного вещества, а также взаимосвязи биосферы с космосом,геосферами, процессы глобального биогеохимического круговорота.

Существование каждого вида зависит от множествадругих видов, уничтожение одного из видов может привести кисчезновению связанных с ним иных видов. Особи одного вида ипродукты их жизнедеятельности, а также их отмершие телаявляются пищей для других видов, что обеспечивает самоочищениеэкосистем.

Социально-экономическое развитие общества пришлои явное противоречие с ограниченными ресурсовоспроизводящими ижизнеобеспечнвающими возможностями биосферы. Происходит истощение естественных ресурсовсуши и океана, безвозвратная потеря видов растений и животных, загрязнениеокружающей среды, упрощение и деградация экосистем. Поэтому человечество ищетпути устойчивого развития общества и природы.

8.6. Биосфера:  опасность  обеднения  биологическогоразнообразия видов и экосистем

Биологическоеразнообразие — генетическое, видовое,экосистемное — является первопричиной устойчивости как биосферы в целом,так и каждой отдельной экосистемы. Жизнь как устойчивое планетарное явление возможна лишь в том случае, когдаона представлена разнообразными видами и экосистемами.

Нов современных условиях настолько возросли масштабы хозяйственной деятельностичеловека, что возникает опасность потери  биологического разнообразия. Разные виды деятельности человека приводят к прямому или косвенному уничтожению разнообразных видов и экосистем биосферы.

Можновыделить несколько основных типов деградации окружающей среды, которые внастоящее время являются наиболее опасными для биологического разнообразия.Например, затопление или заиление продуктивных земель, их бетонирование, асфальтирование или застройка лишают диких животных мест обитания. Возделывание земельнерациональными методами снижает урожаи из-за эрозии и истощенияплодородия почв. Обильное орошение полей может привести к засолению, т. е. к повышению концентрации солей в почве до уровня, не переносимого растениями. Вследствие чего исчезаюттипичные растения этих мест. Вырубка леса набольших территориях при отсутствии восстановительных посадок приводит к уничтожению местообитаний дикихживотных, смене растительности, сокращениюее разнообразия. Многие виды исчезают по причине их истребления, а такжевследствие загрязнения окружающей среды. Большинство видов исчезает по причинеуничтожения естественных мест обитания,разрушения природных экосистем. Это и является одной из главных причин обеднения биологического разнообразия.

8.7. Биосфера: как человек можетсохранить биологическое разнообразие.

Подбиологическим разнообразием биосферы понимают разнообразие всех видов живыхорганизмов, составляющих биосферу, а также все разнообразиегенов, образующих генофонд любой популяции каждого вида, а также разнообразиеэкосистем биосферы в различных природных зонах. К сожалению, в настоящее время всевозможныевиды хозяйственной деятельности человека приводят к снижению биологическогоразнообразия. Биосфера теряет биологическое разнообразие. В этом заключаетсяодна из экологических опасностей.

Человечествоеще мало знает о биологическом разнообразии, например, нет еще точных данных околичестве видов в биосфере. Специалисты еще не всегда могут определить, какиетерритории требуют особых мер охраны и организации на них заповедников. Огромноколичество малоизученных видов, например в тропических лесах.

Длясохранения биоразнообразия необходимо вкладывать средства в его изучение;совершенствовать природопользование, стараясь сделать его рациональным; решатьглобальные экологические проблемы на международном уровне.

ЮНЕСКОприняла конвенцию о Всемирном наследии, которая объединяет природные икультурные памятники. Конвенция призывает заботиться об объектах, которые имеютценность для всего человечества. Сохранение биоразнообразия зависит и отруководителей стран, и от поведения каждого жителя планеты.

9 Устойчивостьприродной среды (экосистем) в России.

Устойчивость- один из важнейших параметров любых систем, в том числе и экологических. Онаопределяет способность системы сохранять себя при изменениях среды. В контекстеэтого определения устойчивость можно считать синонимом терминажизнеспособность. Теоретические основы качественной и полуколичественной оценкиустойчивости сложных систем изложены в Web-атласе “Россия как система”. В самомобщем виде в указанной работе показано, что жизнеспособность системопределяется тремя группами ее параметров — объемом (массой вещества системы),продуктивностью (скоростью самовоспроизводства вещества системы) и структурнойгармоничностью. Применительно к экологическим системам количественное измерениепервых двух групп параметров хорошо отработано классической биогеографией.Методы расчета структурной гармоничности экосистем (третья компонента)разработаны нами и изложены в “Атласе биологического разнообразия ЕвропейскойРоссии и сопредельных территорий” (М., ПАИМС, 1996).

Уровеньпотенциальной устойчивости коренных экосистем России, то есть уровень устойчивостиэкосистем до их трансформации человеком, показан на следующей карте

Максимумустойчивости приходится на лесостепь Европейской России, Предуралье и среднюютайгу Сибири, к северу и к югу устойчивость систем снижается. Минимум в Россиинаблюдается в арктических пустынях. Так, как в Россию заходит лишь самый крайтуранских пустынь, уровень их устойчивости еще достаточно высок.

Европейскаялесостепь — сочетание дубрав и луговых степей — безусловно, в пределах Россииоптимальная зона жизни. Что касается Сибири, то отступление здесь максимальнойустойчивости к северу, безусловно, связано с общей экологической молодостьюздешней лесостепи. Напомним, что если в европейской лесостепи основнойлесообразующей породой является дуб — порода климакса — завершающей стадииэкологической сукцессии, то в Сибири его сменяет береза — пионерная порода,первая селящаяся на нелесных участках.

Высокийпотенциал устойчивости коренных экосистем в самом общем виде определяетспособность природной среды возвращаться к исходному состоянию в случаях какестественных (например, климатических), так и антропогенных воздействий. В этомкачестве именно устойчивость экосистем задает ширину “коридора возможностей”для хозяйственного развития человеческой цивилизации, все формы которойспособны изменять природу. Даже потеряв значительную часть своей площади,коренные экосистемы устойчивых типов продолжают обеспечивать неизменностьрежима природных циклов, продуцирования биомассы, утилизации вредных для живыхорганизмов веществ. Эта особенность связана с оригинальной ролью почв — резервуаров “памяти” экосистемы — сохраняющих многие начальные качестваэкосистем даже после антропогенной трансформации территории. Подобныевозможности устойчивых экосистем хорошо иллюстрирует карта нарушенностиприродных экосистем

Наприведенной карте видно, что потенциальная устойчивость экосистем Россиипрактически всюду в той или иной степени снижена за счет замены коренных типовэкосистем, менее устойчивыми антропогенными производными (агроценозами или вторичнымилесами) или полным уничтожением при застройке и урбанизации. При этоммаксимальные по площади воздействия характерны именно для районов с самымиустойчивыми природными комплексами. В России говорят: — “Кто везет, на того ивалят”. Устойчивые экосистемы южной тайги и лесостепи России сохраняливозможность достаточно автономного, без подпитки со стороны, развитияиндустриальной цивилизации последних полутора веков несмотря на максимальнуюутрату природных комплексов.

СтепиЕвропейской части России были вторично (после заброса в период серьезной угрозысо стороны степных кочевников в XIII — XVII вв.) освоены в XVIII — XIX вв., тоесть уже на фоне достаточно высоко развитого в техническом отношении сельскогохозяйства. С другой стороны, обладая наиболее высокой и стабильнойурожайностью, эти степи испытали в социалистический период наиболее тяжелыепоследствия погони за ростом пахотного клина, “борьбы с травопольной системой”и т.п. В то же время запас устойчивости экосистем обеспечивал возможностихозяйственного развития при кардинальной модернизации и повышении энерговооруженностичеловека. Характерно, что районы с высокой устойчивостью природных условий взначительной степени коррелируют с районами высокой устойчивости (жизнеспособности)социума. Напротив, в более южных степях и полупустынях (Прикаспий) и на Севере- в тундрах природные условия из-за собственной неустойчивости биотысущественно ограничивают произвол человека в выборе вариантов и интенсивностихозяйственной деятельности. Соответственно, и социум этих регионов гораздоменее устойчив. Именно с этим связано преимущественное сохранение в сухихстепях, полупустынях, тундрах и северной тайге традиционных форм природопользования.Индустриальная цивилизация здесь присутствует обычно в форме анклавов,существование которых возможно лишь при постоянной поддержке (ресурсами,людьми, энергией) из более устойчивых районов. Эти анклавы выглядят какинородное тело внутри региона и наиболее разрушительно воздействуют на егоприроду.

Несмотря навысокий уровень устойчивости экосистем южной тайги и лесостепи ЕвропейскойРоссии, угроза утраты природного баланса и непрогнозируемого разрушения всехформ хозяйствования (особенно сельского хозяйства) этих районов были осознаныеще в сталинский период. В конце 40-х гг. был принят план массового созданиялесополос и искусственных водоемов. Реализация плана должна была существенноповысить устойчивость экосистем степей юга России. К сожалению, план не былреализован полностью. Но даже в своей реализованной части он не полностьюдостиг желаемых результатов, так как часть лесополос была высажена “гнездовымметодом” Т.Д.Лысенко и погибла практически сразу же, на создание же прудов ссамого начала не отпускалось достаточных средств и они по большей части былипрорваны первым же высоким паводком. По мере того, как план забывался, адефицит хлеба в стране возрастал, началось массовое сведение лесополос — крупными тракторами удобнее обрабатывать крупные массивы и лесополосы мешали.

На последнейкарте приведен показатель, отражающий современный уровень устойчивостиэкосистем, учитывающий как потери площади коренных природных комплексов, так иснижение жизнеспособности антропогенных экосистем (агроценозов, вторичных лесови пр.). На карте видно, что в регионах с наиболее благоприятными (комфортными)условиями жизни человека и хозяйственного развития практически исчерпанывозможности развития за счет ресурсов природной среды. Это не может не вызыватьсерьезных опасений — основной регион-донор населения страны и один из трехглавных центров устойчивости ее социума находится в зоне максимального сниженияустойчивости экосистем. Снижение устойчивости повышает его уязвимость кантропогенной трансформации, что крайне опасно для сохранения здоровья нетолько населения Черноземья, но и России в целом.

В этомотношении из трех основных центров повышенной жизненности социума в наиболееблагоприятном положении оказывается Северокавказский. Так, как в России этосамый архаичный (с этническим уровнем социальной памяти) центр, его связи сосредой обитания наиболее тесны. Возможно, именно более высокая сохранностьустойчивости его экосистем способствует успешности его борьбы с собственнорусскими центрами.

Заключение.

Для экосистемы, состоящейиз множества видов раз­ного эволюционного уровня, влияние всего комплексабиотических факторов всегда представляет собой слож­ную систему взаимодействий,в которой, например, микроклимат на поверхности почвы в большой мере зависит отвидового состава и степени развития верхних ярусов растительности, норы роющихживотных изме­няют условия аэрации и дренирования почвы и влияют на условиясуществования растительности.

Полный учет всехвзаимовлияний абиотических и биотических фак­торов в природных экосистемахоказывается почти невозможным, поэтому в реальных условиях приходитсяограничиваться анализом лишь наиболее важных фак­торов, определяющих неконкретные особенности, а только тип экосистемы.

Это позволяет определятьболее или менее надежно только направление изменений эко­системы как еевозможной реакции на определенные изменения абиотических условий, в частности,вызван­ные человеческой деятельностью. Конкретный ход та­ких изменений всегдадолжен отслеживаться в реаль­ном времени системой мониторинга природной среды —регулярного контроля параметров экосистем.

Главнойзадачей создания данной работы было, ознакомление с понятием экосистем вэкологии, факторами, влияющими на них и проблемами их взаимосвязи с человеком.Проделав данную работу, я попыталась донести всю ту важность и актуальностьпроблем, связанных с экосистемами, привела примеры и пути решения данныхпроблем. Также были описаны основные законы экологии, подробно рассмотрениифакторы влияющие на среду обитания человека. Актуальность моей работы однозначна!Каждому человеку необходимо знать основные законы, процессы, особенности,происходящие и свойственные экосистемам, и экологии в целом. Это все необходимознать, чтобы попытаться свести к минимуму негативное влияние жизнедеятельности человекана окружающую природу, так как не будет природы, не будет и жизни на земле….

Список литературы

1.       Химия окружающейсреды / Под ред. Дж. О. М. Бокрис-М: Химия   1982г.;

2.       Шустов С. Б., ШустоваЛ.В. Химические основы экологии. М: Просвещение,1995г.;

3.       Экология. Учебноепособие. М: Знание 1997г.

4.       Горелов А.А.Экология: учебное пособие. – М.: Центр. 1999.

5.       Гуляев С.А.,Жуковский В.М., Комов С.В. Основы естествознания. / Учебное пособие. –Екатеринбург.: УралЭкоЦентр, 2001. – 560 с.

6.       Моисеев Н. Н.Человек и биосфера. — М.: Молодая гвардия, 1995. – 302 с.

7.       Николайкин Н.Н.,Ноколайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экология. – М.: Дрофа, 2004.

8.       Петров В.В.Экологическое право России. – М.: Издательство БЕК. 1995.

9.       www.postupim.ru/9/himiya/853.shtml10.     www.krugosvet.ru11.     www.naveki.ru 
Приложение 1

/>

/>

Приложение 2

 

/>

Действиетемпературного фактора на живые организмы

 

/>