34. Человек как биологический вид.

Характерной чертой, отличающей человека от животного, является прежде всего речь, способность к которой определяется развитием мозга, а также артикуляционного аппарата. Речь в свою очередь является средством коммуникации, планирования совместных действий и, что очень важно, концептуального мышления. Второе важнейшее отличие, связанное с первым, — это наличие крупного, сложного, хорошо развитого мозга, в котором увеличено (по сравнению с животными) не только количество нейронов, но главным образом межнейронных связей, т. е. усложнена организация всего мозга и прежде всего коры его больших полушарий. Развитие мозга и руки дало возможность применять орудия труда. В свою очередь все эти изменения связаны со способностью к прямохождению и соответствующему изменению скелета и пропорций тела человека. Еще человека отличает от животных абстрактное мышление, поэтому его иногда называют «животным, создающим символы». Слово для людей является не сигналом, как для животных, а понятием. Люди способны к планированию своих действий, словесной передаче опыта, к осознанию таких понятий, как «совесть», «вера», «красота». Кроме того, человеку, в отличие от других видов животных, характерны иные темпы онтогенеза1, а именно удлиненные периоды эмбриогенеза2 и детства, периода обучения и экономической, а также физиологической зависимости от взрослых. Появление человека в биосфере было предопределено около 4,0 млн лет назад, когда произошло отделение эволюционной ветви предков человека. Это, повидимому, случилось в Африке. Человек же, подобный современному, так называемый «кроманьонский человек» появился в биосфере всего около 40 тыс. лет тому назад. Если представить всю историю жизни на Земле в масштабе суток, то можно сказать, что в природе человек появился всего за несколько секунд до полуночи. За этот краткий срок его биологические свойства не изменились, тогда как его бурная социокультурная эволюция изменила лик Земли, в итоге поставив природу под угрозу уничтожения. Первые люди существовали под властью природы и в ее составе. Экологическая ниша этого вида определялась прежде всего его положением в трофических цепях. По своему положению в них человек является консументом (как и всякое животное он — гетеротроф, а по типу своего питания — полифаг, т. е. способен питаться пищей разного рода. Многие современные исследователи и врачи считают, что природой человек более всего предназначен и приспособлен к потреблению растительной пищи — зерновых и плодов. Сейчас он занимает положение на вершине трофических пирамид, питаясь различными видами пищи

35. Энергия экосистем.

Напомним, что экосистема - это совокупность живых организмов, обменивающихся непрерывно энергией, веществом и информацией друг с другом и с окружающей средой. Рассмотрим сначала процесс обмена энергией. Энергию определяют как способность производить работу. Свойства энергии описываются законами термодинамики.

Первый закон (начало) термодинамики или закон сохранения энергии утверждает, что энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. Второй закон (начало) термодинамики или закон энтропии утверждает, что в замкнутой системе энтропия может только возрастать. Применительно к энергии в экосистемах удобна следующая формулировка: процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную, то есть деградирует. Мера количества энергии, которая становится недоступной для использования, или иначе мера изменения упорядоченности, которая происходит при деградации энергии, есть энтропия. Чем выше упорядоченность системы, тем меньше ее энтропия. Таким образом, любая живая система, в том числе и экосистема, поддерживает свою жизнедеятельность благодаря, во-первых, наличию в окружающей среде в избытке даровой энергии (энергия Солнца); во вторых, способности за счет устройства составляющих ее компонентов эту энергию улавливать и концентрировать, а использовав - рассеивать в окружающую среду. Таким образом, сначала улавливание, а затем концентрирование энергии с переходом от одного трофического уровня к другому обеспечивает повышение упорядоченности, организации живой системы, то есть уменьшение ее энтропии.

36. Популяционная характеристика человека.

Популяция человека, т.е. популяция вида Homosapiens, обладает теми же свойствами, что и популяция животных, но характер и форма их проявлений значительно отличается вследствие действия таких факторов, как искусственная среда, социально-экономические условия и др. Все люди на Земле образуют популяционную систему – человечество. Рост этой популяционной системы ограничен доступными природными ресурсами и условиями жизни, социально-экономическими и генетическими механизмами.

Человечество состоит из большого числа сообществ, аналогичных популяциям в биологи-ческом понимании этого термина. Человеческая популяция – это группа людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Изоляционные барьеры, препятствующие заключению браков, нередко носят выраженный социальный характер (например, различия в вероисповедании). Благодаря этому в формировании популяций людей главную роль играет не общность территории, а родственные связи. Популяции из 1500-4000 человек называются демами, популяции численностью до 1500 человек –изолятами.

Рост численности населения Земли подчиняется экспоненциальному закону. Так, в 70-е годы население планеты увеличилось на 750 млн человек, в 80-е–на 840 млн человек, 90-е – на 960 млн человек.Динамику роста населения изучает наука демография. Демографические расчеты позволяют оценить возрастную структуру населения, причины изменения численности в прошлом и прогнозировать эти изменения на будущее, что весьма важно для планирования различного рода мероприятий национального и международного масштаба.Данные о возрастном составе населения могут быть представлены в виде возрастных пирамид (рис.3). Возрастная пирамида отражает структуру населения данной местности или государства в целом и содержит в себе информацию о численности каждой возрастной категории людей, о характере роста населения, о позитивном и негативном влиянии условий жизни и др.

 

Рис. 3. Возрастная структура населения в 1970 г. в трех странах, различающихся скоростью роста численности населения:

а – Мексика (быстро растущая популяция);

б – США (медленно растущая популяция); в – Швеция (стационарная популяция)

Пирамиды строятся в координатах «возраст – численность» (рис.3). Каждый возрастной класс для различных животных, в зависимости от их продолжительности жизни, имеет различные интервалы, а для человека – интервал в пять лет. Он изображается в виде горизонтального столбика, длина которого равна численности данного возрастного класса. Самый «младший» столбик укладывается в основании пирамиды, самый «старший» – на ее вершине.

На рисунке 3 видно, что возрастная структура зависит от скорости роста численности популя-ции: чем она выше, тем длиннее нижние столбики, и пирамида расширяется у основания. Возраст-ная пирамида развивающихся стран сужается к вершине вследствие того, что рождаемость высока, а выживаемость людей низкая. Пирамида населения развитых стран имеет почти отвесную стенку вплоть до старших возрастов, что свидетельствует о высокой выживаемости людей.

Высокий рост численности населения возможен благодаря тому, что в условиях научно-тех-нического прогресса человек научился значительно уменьшать воздействие лимитирующих фак-торов. Но и в настоящее время, когда можно сказать о фактически полном «снятии» действия ли-митирующих факторов и естественного отбора, возникают различного рода локальные и регио-нальные катастрофы, связанные с болезнями, голодом, войнами и т.п. и ведущие к уменьшению прироста населения. С повышением численности населения и ростом его плотности возрастает ве-роятность возникновения эпидемий, этой экологической закономерности противостоят достиже-ния современной медицины. Однако, появление различных новых заболеваний, таких как ВИЧ-инфекции и вирусная пневмония, еще раз подтверждает невозможность полной отмены биологи-ческих законов в человеческом обществе. Одним из наиболее вероятных лимитирующих факторов для человеческой популяции в будущем станет истощение доступных человечеству ресурсов.

37. Биологическая продуктивность экосистем.

Солнце для планеты Земля — это жизнь для всего живого. На поверхность планеты Земля ежегодно поступает примерно 55 ккал/см². При этом растения фиксируют не более 1—2% солнечной энергии, остальное затрачивается на нагревание атмосферы, суши и испарения.

Из накопленной растениями солнечной энергии не более 7—10% достается растительноядным животным, питающимся живыми растениями.

По продуктивности экосистемы разделяются на 4 класса.

1. Экосистемы очень высокой биологической продуктивности — свыше 2 кг/м² в год. К ним относятся заросли тростника в дельтах Волги, Дона и Урала. По продуктивности они близки к экосистемам тропических лесов и коралловых рифов.

2. Экосистемы высокой биологической продуктивности — 1—2 кг/м² в год. Это липово-дубовые леса, прибрежные заросли тростника на озере, посевы кукурузы и многолетних трав при орошении.

3. Экосистемы умеренной биологической продуктивности — 0,25—1 кг/м² в год. Такую продуктивность имеют многие растения: сосновые и березовые леса, сенокосные луга и степи, "морские луга", водоросли в Японском море.

4. Экосистемы низкой биологической продуктивности — менее 0,25 кг/м² в год. Это арктические пустыни островов Северного Ледовитого океана, тундры, полупустыни.

Средняя продуктивность экосистем Земли не превышает 0,3 кг/м² в год.

Биологическая продуктивность экосистем — основа жизни биосферы и человека как ее части. Она зависит от ресурсов почвы (ее обеспеченности питательными элементами и влагой), атмосферы, солнечного света и тепла. Каждый из этих ресурсов незаменим. Продуктивность экосистемы в основном зависит от того ресурса, которого недостаточно или который находится в избытке (пример: переувлажнения почвы или высокая температура воздуха).

Такой ресурс называется лимитирующим (т. е. ограничивающим) фактором; так, например, в Прикаспийской низменности урожай лимитируется количеством осадков. В зоне тундры и горных районов урожай лимитируется количеством тепла.

Чтобы повысить продуктивность экосистем, человек стремится уменьшить влияние лимитирующих факторов — вносит удобрения, сажает влаголюбивые культуры, строит теплицы, парники.

Биологическая продуктивность может снижаться и при загрязнении экосистем газообразными или жидкими ядовитыми отходами промышленных и сельскохозяйственных предприятий (кислотные дожди, ядохимикаты, дефолианты и т. д.).

Любое нарушение взаимосвязей в экосистемах означает нарушение энергетических потоков. Производство способно развиваться только за счет использования ресурсов окружающей среды. Но нарушение энергетики биосферы более чем на 1% может привести к резкому нарастанию энтропии и гибели всей системы в результате термодинамического кризиса.

Таким образом, биологическая продуктивность — основа жизни и человека. Она зависит от ресурсов почвы, от атмосферы, солнечного света и тепла. Каждый из этих элементов незаменим.

38. Гигиена и здоровье человека.

Сохранение здоровья или возникновение болезни - это результат сложных взаимодействий внутренних биосистем организма и внешних факторов окружающей среды. Познание этих сложных взаимодействий явилось основой для возникновения профилактической медицины и ее научной дисциплины - гигиены.

Гигиена - наука о здоровом образе жизни. Интенсивно начала развиваться более 100 лет назад благодаря работам Л. Пастера, Р. Коха, И. И. Мечникова и др. Гигиенисты первыми увидели связь между средой и здоровьем человека, и за последние десятилетия эта наука получила мощное развитие, заложив основы современной науки об охране окружающей среды. Однако у гигиены как отрасли медицинской науки есть и свои специфические задачи.

Гигиена изучает влияние разнообразных факторов среды на здоровье человека, его работоспособность и продолжительность жизни. К ним относятся природные факторы, бытовые условия и общественно-производственные отношения. В ее основные задачи входит разработка научных основ санитарного надзора, обоснование санитарных мероприятий по оздоровлению населенных пунктов и мест отдыха, охрана здоровья детей и подростков, разработка санитарного законодательства, санитарная экспертиза качества пищевых продуктов и предметов бытового обихода. Важнейшей задачей этой науки является разработка гигиенических нормативов для воздуха населенных мест и промпредприятий, воды, продуктов питания и материалов для одежды и обуви человека с целью сохранения его здоровья и предупреждения заболеваний.

Главным стратегическим направлением в научно-практической деятельности гигиенистов является научное обоснование того экологического оптимума, которому должна соответствовать среда обитания человека. Этот оптимум должен обеспечить человеку нормальное развитие, хорошее здоровье, высокую трудоспособность и долголетие.

Оттого, насколько верен этот «оптимум» в конкретном районе, городе и даже регионе, зависит очень многое и, прежде всего, надежность и правильность решений, принятых наукой об охране природы на данной территории. Конечно, задачи охраны окружающей природной среды и рационального природопользования значительно шире задач гигиенической науки, но в конечном счете они служат одной цели - улучшению среды обитания человека, а следовательно, его здоровья и благополучия.

Здоровье и благополучие человека зависят от решения множества проблем, в том числе и указанных в этом разделе - перенаселение Земли в целом и отдельных регионов, ухудшение среды жизни городов и сельской местности, а отсюда - ухудшение здоровья людей, возникновение «психологической усталости» и т. п.

39. Биота. Классификация биоты.

Био́та (от др.-греч. βιοτή — жизнь) — исторически сложившаяся совокупность видов живых организмов, объединённых общей областью распространения в настоящее время или в прошедшие геологические эпохи. В состав биоты входят как представители клеточных организмов (растения, животные, грибы, бактерии, протисты и пр.), так и бесклеточные организмы (например, вирусы).

Биота является важной составной частью экосистем и биосферы. Биота активно участвует в биогеохимических процессах. Изучение биоты — предмет многих наук, в том числе биологии, экологии, гидробиологии, палеонтологии, биогеохимии и других.

В отличие от биоценоза биота может характеризоваться отсутствием прямых экологических связей между различными видами организмов.

40. Значение экологического образования.

В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не только отдельных объектов, территорий, стран и т. п., но и для всего человечества. Это объясняется тем, что человек тесно связан с живой природой происхождением, материальными и духовными потребностями, но, в отличие от других организмов, эти связи приняли такие масштабы и формы, что это может привести (и уже приводит!) к практически полному вовлечению живого покрова планеты (биосферы) в жизнеобеспечение современного общества, поставив человечество на грань экологической катастрофы. Человек, благодаря данному ему природой разуму, стремится обеспечить себе «комфортные» условия среды, быть независимым от ее физических факторов, например, от климата,от нехватки пищи, избавиться от вредных для него животных и растений (но совсем не «вредных» для остального живого мира!) и т. п. Поэтому человек, прежде всего, отличается от других видов тем, что взаимодействует с природой через создаваемую им культуру, т.е. человечество в целом, развиваясь, создает на Земле культурную среду благодаря передаче из поколения в поколение своего трудового и духовного опыта. Но, как отмечал К. Маркс, «культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно... оставляет после себя пустыню». Остановить стихийное развитие событий помогут лишь знания о том, как ими управлять, и в случае с экологией, эти знания должны «овладеть массами», по крайней мере большей частью общества, что возможно лишь через всеобщее экологическое образование людей, начиная со школьной скамьи и заканчивая вузом. Экологические знания необходимы каждому человеку, чтобы сбылась мечта многих поколений мыслителей о создании достойной человека среды, для чего надо построить прекрасные города, развить настолько совершенные производительные силы, которые смогли бы обеспечить гармонию человека и природы. Но эта гармония невозможна, если люди враждебно настроены друг к другу, и тем более, если идут.войны, что, к сожалению, имеет место. Как справедливо отметил американский эколог Б. Коммонер в начале 70-х гг., «поиски истоков любой проблемы, связанной с окружающей средой, приводят к неоспоримой истине, что коренная причина кризиса заключена не в том, как люди взаимодействуют с природой, а в том, как они взаимодействуют друг с другом... и что, наконец, миру между людьми и природой должен предшествовать мир между людьми». Таким образом, экологические знания позволяют осознать всю пагубность войны и распрей между людьми, ведь за этим кроется не просто гибель людей и даже цивилизаций: это приведет к всеобщей экологической катастрофе, к гибели всего человечества. Значит, важнейшее из экологических условий выживания человека и всего живого — это мирная жизнь на Земле. Именно к этому должен и будет стремиться экологически образованный человек. Но было бы несправедливо строить всю экологию «вокруг» только человека. Да и собственно экология, как мы уже показали выше, возникла для решения задач изучения взаимодействия всего живого с неживой природой и организмов между собой. Человек — такой же организм, и изоляция его от животных и растений дикой природы существенно сказывается на его здоровье. Домашние животные и растения не могут полностью заменить дикую природу. Изменение, а тем более уничтожение природной среды влечет за собой пагубные последствия для жизни человека. Экологические знания позволяют ему убедиться в этом и принимать правильное решение с целью охраны природы, в том числе и на бытовом уровне. Они позволяют ему понять, что человек и природа — единое целое и представления о возможности господства над природой довольно призрачны и примитивны. Экологически образованный человек не допустит «стихийного» отношения к окружающей его среде жизни. Он будет бороться против экологического варварства, а если в нашей стране таких людей станет большинство, то они обеспечат нормальную жизнь своим потомкам, решительно став на защиту дикой природы от алчного наступления «дикой» цивилизации, преобразуя и совершенствуя саму цивилизацию, находя наилучшие, «экологически чистые» варианты взаимоотношения природы и общества. Отсюда следует, что в настоящее время остановить нарушение экологических законов можно, только подняв на должную высоту экологическую культуру каждого члена общества, а это возможно сделать прежде всего через образование, через изучение основ экологии. Что особенно важно для специалистов в области наук технического направления, в первую очередь для инженеров-строителей, инженеров в области химии, нефтехимии, металлургии, машиностроения, пищевой и добывающей промышленности и т. д. Настоящий учебник и предназначен для широкого круга студентов, обучающихся в основном по техническим направлениям и специальностям вузов. По замыслу авторов, он должен дать основные представления

41. Лимитирующие факторы. Закон Либиха. Закон Вильямса.

Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю.Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.

Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.

Что касается закона минимума Ю.Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р.Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая температуру, влажность, освещенность и т. д.

Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но, с другой стороны, высокая влажность ослабляет действие высоких температур, и т.д. Но, несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света, и т.д.

Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности (устойчивости) В.Шелфорда: любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы толерантности к любому экологическому фактору.

Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от -5 °С до 25 °С, т.е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» — узкий), а способных жить в широком диапазоне температур — эвритермными («эври» — широкий).

Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят: организм стенобионтен по отношению к влажности, или эврибионтен к климатическим факторам, и т.п. Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.

Диапазон толерантности организма не остается постоянным — он, например, сужается, если какой-либо из факторов близок к какому-либо пределу, или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже — на видовом уровне.

Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида - эврибионта, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, экотип, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы. Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.

ЗАКОН МИНИМУМА ЛИБИХА

открытый Ю. Либихом (1840) закон, согласно которому относительное действие отдельного экологический фактора тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с др. экологический факторами в минимуме; по закону минимума Либиха, от вещества, концентрация которого лежит в минимуме, зависят рост растений, величина и устойчивость их урожая. Закон минимума Либиха (закон о роли экологический факторов в распространении и количественном развитии организмов) не применим к системам с неустойчивым состоянием, когда поступление в них различных веществ незакономерно меняется и лимитирующими попеременно или одновременно становятся многие факторы. Во многом закон минимума Либиха уточняется Законом толерантности Шелфорда.

ЗАКОН НЕЗАМЕНИМОСТИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ

закон Вильямса, закон, выявленный В. Р. Вильямсом (1949), согласно которому полное отсутствие в окружающей среде фундаментальных экологических (физиологических) факторов (света, воды, CO₂, питательных веществ) не может быть заменено (компенсировано) другими факторами

42. Человек и экосистема.

За последние 50 лет условия существования человека заметно ухудшились. И эта тенденция лишь нарастает.   Чтобы доказать экологическую пропасть, в которую движется человечество, грядущую экологическую катастрофу, сегодня уже не нужно быть специалистом-экологом. Даже не нужно иметь высшее образование. Достаточно посмотреть и оценить, как и с какой скоростью изменились за последние сто или пятьдесят лет отдельные природные ресурсы или отдельные территории на планете Земля. Сколько было рыбы в реках и морях, ягод и грибов в лесах, цветов и бабочек на лугах, лягушек и птиц в болотах, зайцев и других пушных зверей и т.д. сто, пятьдесят, двадцать лет назад? Всё меньше, меньше, меньше… Подобная картина характерна для большинства групп животных, растений и отдельных неживых природных ресурсов. Красная книга исчезающих и становящихся редкими видов постоянно пополняется новыми жертвами деятельности человека "разумного"...   А сравните качество и чистоту воздуха, воды и почвы сто, пятьдесят лет назад и сегодня! Ведь там, где живет человек, сегодня кругом бытовые отходы, не разлагаемый в природе пластик, опасные химические выбросы, автомобильные выхлопные газы и прочие загрязнения. Леса вокруг городов, заваленные мусором, висящие над городами смоги, коптящие в небо трубы электростанций, фабрик и заводов, загрязненные или отравленные стоками реки, озера и моря, перенасыщенная удобрениями и ядохимикатами почва и грунтовые воды… А каких-то сто лет назад многие территории были почти девственны с точки зрения сохранности дикой природы и отсутствия там человека.   Широкомасштабная мелиорация и осушение, вырубка лесов, сельскохозяйственное освоение земель, опустынивание, строительство и урбанизация -  территорий интенсивного хозяйственного использования становится всё больше, территорий дикой природы – всё меньше. Нарушается баланс, равновесие между дикой природой и человеком. Естественные экосистемы разрушаются, преобразуются, деградируют. Их устойчивость и способность к возобновлению природных ресурсов снижается.   И такое происходит повсеместно. Целые регионы, страны, уже даже континенты деградируют. Возьмите, к примеру, природные богатства Сибири и Дальнего Востока и сравните, что было раньше и что сейчас. Даже Антарктида, казалось бы, удаленная от человеческой цивилизации, испытывает на себе мощное глобальное антропогенное воздействие. Возможно, где-то еще и есть небольшие, изолированные местности, которых не коснулась сия напасть. Но это – исключение из общего правила.   Достаточно привести такие примеры экологических катастроф в странах бывшего СССР, как гибель Аральского моря, Чернобыльская авария, Семипалатинский полигон, деградация Беловежской пущи, загрязнение бассейна реки Волги.

Гибель Аральского моря

Еще недавно Аральское море было четвертым по величине озером в мире, славилось богатейшими природными запасами, а зона Приаралья считалась процветающей и биологически богатой природной средой. С начала 1960-х годов в погоне за хлопковым богатством происходило безоглядное расширение масштабов ирригации. Это привело к резкому сокращению речного стока рек Сырдарьи и Амударьи. Аральское озеро стало быстро высыхать. К середине 90-х Арал потерял две трети объема, и его площадь сократилось почти вдвое, а к 2009 высохшее дно южной части Арала превратилось в новую пустыню Арал-кум. Резко сократилось флора и фауна, климат региона стал более жестким, увеличилась заболеваемость жителей Приаралья. За это время соляная пустыня, образовавшаяся в 1990-х годах, распространилась на тысячи квадратных километров. Люди, уставшие бороться с болезнями и нищетой, стали покидать насиженные места.

Семипалатинский полигон

29 августа 1949 года были проведены испытания первой советской атомной бомбы на Семипалатинском ядерном полигоне. С тех пор, Семипалатинский полигон стал основным местом испытания ядерного оружия в СССР. На полигоне было произведено более 400 ядерных подземных и наземных взрывов. В 1991 году испытания прекратились, но на территории полигона и близлежащих регионов осталось множество сильно загрязненных участков. Во многих местах радиоактивный фон достигает 15000 микрорентген в час, это больше допустимого уровня в тысячи раз. Площадь загрязненных территорий более 300 тыс. км. На ней проживает более чем полтора миллиона человек. Раковые заболевания стали одними из самых распространенных в восточном Казахстане. 

Беловежская пуща

Это – единственный крупный остаток реликтового леса, который некогда сплошным ковром покрывал равнины Европы и постепенно был вырублен. В нем до сих пор живет большое количество редких видов животных, растений и грибов, включая зубра. Благодаря этому Беловежская пуща сегодня охраняется (национальный парк и биосферный заповедник), а также внесена в Список Всемирного наследия человечества. Пуща исторически являлась местом отдыха и охоты вначале литовских князей, польских королей, русских царей, затем советской партийной номенклатуры. Сейчас она под управлением администрации белорусского президента. В Пуще чередовались периоды строгой охраны и жесткой эксплуатации. Вырубка леса, мелиорация, ведение охотничьего хозяйства привели к серьезной деградации уникального природного комплекса. Неправильное управление, хищническое природопользование, игнорирование заповедной науки и законов экологии, достигшие кульминации в последние 10 лет, нанесли Беловежской пущеогромный ущерб. Под видом охраны национальный парк превращен в многофункциональный агро-торгово-туристско-промышленный "мутант-лесхоз", имеющий в своем составе даже колхозы. В итоге сама Пуща как реликтовый лес на глазах исчезает и превращается в нечто иное, обычное и экологически мало ценное. 

Пределы роста

Исследование человека в его естественном окружении кажется самым интересным и самым сложным занятием. Необходимость учета сразу большого количества областей и факторов, взаимосвязь разных уровней, комплексное влияние человека – все это требует глобального всеобъемлющего взгляда на природу. Неслучайно известный американский эколог Ю.Одум назвал экологию наукой о строении и функционировании природы.

Эта междисциплинарная область знания исследует взаимосвязь различных уровней природы: неживой, растительной, животной и человеческой. Ни одна из существующих наук не была способна объединить такой глобальный спектр исследований. Поэтому экология на своем макроуровне вынуждена была интегрировать такие, казалось бы, разные дисциплины как биология, география, кибернетика, медицина, социология и экономика. Экологические катастрофы, следующие одна за другой превращают эту область знания в жизненно необходимую. И потому к глобальной проблеме выживания человека обращены сегодня взгляды всего мира.

Поиски стратегии устойчивого развития начались в начале 1970-х годов. Начало им положили "Мировая динамика" Дж.Форрестера и "Пределы роста" Д.Медоуза. На Первой Всемирной конференции по окружающей среде в Стокгольме в 1972 г. М.Стронг предложил новую концепцию эколого-экономического развития. По-сути он предложил регламентацию экономики с помощью экологии. В конце 1980-х была предложена концепция устойчивого развития, которая призывала осуществить право людей на благоприятную среду обитания.

Одними из первых глобальных документов по охране окружающей среды стали Конвенция о биологическом разнообразии (принята в Рио-де-Жанейро в 1992 году) и Киотский протокол (подписан в Японии в 1997 году). Конвенция, как известно, обязала страны принять меры по сохранению видов живых организмов, а протокол - ограничить выброс парниковых газов.

Однако, как мы видим, эффект от дейстия этих соглашений невелик. В настоящее время уже нет сомнений, что экологический кризис не приостановлен, а только углубляется. Глобальное потепление уже не нужно доказывать и "откапывать" в трудах ученых. Оно – у всех на виду, за нашим окном, в изменении и потеплении климата, в участившихся засухах, в сильных ураганах (ведь повышенное испарение воды в атмосферу ведет к тому, что ее все большие количества где-то должны излиться).

Другой вопрос, как скоро экологический кризис перейдет в экологическую катастрофу? То есть, как скоро тенденция, процесс, который еще можно повернуть вспять, перейдет в новое качество, когда возврат будет уже невозможен?  Сейчас экологи ведут дискуссию: пройдена ли так называемая экологическая точка невозврата или нет? То есть, перешли ли мы тот барьер, после которого экологическая катастрофа неизбежна и возврата назад уже не будет,  или у нас есть еще время, чтобы успеть остановиться и повернуть назад? Однозначного ответа пока нет. Одно ясно: климатические изменения нарастают, гибель биологического разнообразия (видов и живых сообществ) и разрушение экосистем ускоряется и переходит в неуправляемое состояние. И это, не смотря на наши огромные усилия предотвратить и остановить данный процесс…  Поэтому сегодня угроза гибели планетарной экосистемы не оставляет равнодушным никого.

Как сделать правильный расчет?

Самые пессимистические прогнозы экологов оставляют нам до 30 лет, в течение которых мы должны принять решение и осуществить необходимее меры. Но даже эти рачеты нам кажутся слишком обнадеживающими. Мы уже достаточно разрушили мир и с большой скоростью движемся к точке невозврата. Время одиночек, индивидуалистического сознания закончилось. Пришло время коллективного сознания людей свободных, ответственно относящихся к будущему цивилизации. Только действуя совместно, всем мировым сообществом мы действительно сможем если и не остановить, то снизить последствия от надвигающейся экологической катастрофы. Только в случае, если мы начнем объединять наши усилия сегодня, у нас будет время для того, чтобы остановить разрушение и восстановить экосистемы. В противном случае всех нас ждут тяжелые времена…

Согласно В.И.Вернадскому гармоничной "эпохе ноосферы" должна предшествовать глубокая социально-экономическая реорганизация общества, изменение его ценостной ориентации. Мы не утверждаем, что человечество должно сразу и радикально от чего-то отказаться и отменить всю прошлую жизнь. Будущее вырастает из прошлого. Мы также не настаиваем на однозначной оценке наших прошлых шагов: что мы сделали правильно, а что нет. Непросто сегодня выяснить, что мы сделали правильно, а что не правильно, и так же невозможно перечеркнуть всю прежнюю жизнь, пока мы не раскроем противоположную сторону. Мы не можем судить об одной стороне, пока не видим другую. Преимущество света раскрывается из тьмы. Не по этой ли причине (однополярного подхода) человечество до сих пор терпит неудачи в своих попытках остановить нарастающий глобальный кризис и изменить жизнь к лучшему?

Только сокращением производства или только поворотом рек экологические проблемы не решить! Речь пока идет лишь о том, чтобы раскрыть всю природу в ее цельности и единстве и понять, что означает равновесие с ней, чтобы затем сделать правильное решение и правильный расчет. Но это не значит, что надо сейчас зачеркнуть всю свою историю и вернуться обратно в пещеры, как призывают некоторые "зеленые", к такой жизни, когда мы будем ковыряться в земле в поисках съедобных корешков или охотиться на диких зверей, чтобы как-то прокормиться, как это было десятки тысяч лет назад.

Разговор идет совсем о другом. Пока человек не раскроет для себя всю полноту мироздания, всю Вселенную и не осознает, кто он есть в этой Вселенной и какова его роль, он не сможет сделать правильный расчет. Только после этого мы узнаем, в каком направлении и как нужно изменить нашу жизнь. А до этого, что бы мы ни сделали, всё будет половинчато, мало эффективно либо неправильно. Мы просто уподобимся мечтателям, которые надеются исправить мир, совершают в нем изменения, терпят очередную неудачу, а потом горько раскаиваются в этом. Нам прежде всего надо узнать что есть реальность и каков к ней правильный подход. И тогда человек сможет понять, как действовать эффективно. А если мы просто зациклимся на самих локальных действиях без осознания законов глобального мира, не делая правильного расчета, то придем к очередному провалу. Как это случалось до сих пор.    Синхронизация с экосистемой

Животный и растительный мир [по-видимому] не имеют свободы воли. Эта свобода дана человеку, но он ее использует эгоистически. Поэтому проблемы в глобальной экосистеме вызваны нашими прежними действиями, направленными на эгоцентризм и разрушение. Нужны новые действия, нацеленные на созидание и альтруизм. Если человек начнет реализовать свободу воли альтруистически, тогда вся остальная природа возвратится в состояние гармонии. Гармония реализуется, когда человек потребляет от природы так и ровно столько, сколько ему позволено природой для нормальной жизни. Другими словами, если человечество перейдет на культуру потребления без излишков и паразитирования, то сразу начнет благодатно влиять на природу.

Мы не портим и не исправляем мир и природу ничем, кроме наших мыслей. Только своими мыслями, стремлением к объединению, к любви, сопереживанием и состраданием мы исправляем мир. Если мы действуем в отношении Природы с любовью или ненавистью, с плюсом или минусом, то Природа возвращает нам это на всех уровнях.   Чтобы в обществе начали преобладать альтруистические отношения, нужна радикальная перестройка сознания максимально большого количества людей, прежде всего интеллигенции, включая экологов. Необходимо осознание и принятие простой и в то же время непривычной, даже парадоксальной для кого-то истины: путь только интеллекта и науки – это тупиковый путь. Мы не смогли и не в состоянии через язык интеллекта донести людям идею сохранения природы. Нужен другой путь - путь сердца, нужен язык любви. Только так мы сможем достучаться к душам людей и повернуть их движение вспять от экологической катастрофы.

43. Закон толерантности В.Шелфорда. Диапазон толерантности. Классификация организмов в зависимости от диапазона толерантности.

Закон толерантности Шелфорда — закон, согласно которому существование вида определяется лимитирующими факторами, находящимися не только в минимуме, но и в максимуме.

Закон толерантности расширяет закон минимума Либиха.

ДИАПАЗОН ТОЛЕРАНТНОСТИ

минимальное и максимальное значение экологического фактора, переносимого данным организмом или экосистемой в целом.

В том случае, если действие абиотического фактора происходит за пределами диапазона толерантности, организм погибает. Оптимальными условиями для жизни вида является средняя часть диапазона его толерантности к тому или иному фактору. В этой части диапазона происходит также размножение организмов вида. Крайние границы диапазона толерантности неблагоприятны для жизни вида.

44. Индустриально-городские системы.

О процессах урбанизации

Урбанизация - это рост и развитие городов, увеличение доли городского населения в стране за счет сельской местности, процесс повышения роли городов в развитии общества. Рост численности населения и его плотности - характерная черта городов. Исторически самым первым городом с миллионным населением был Рим во времена Юлия Цезаря.

Самым большим городом мира в наше время является Мехико - 14 млн. человек по данным на 1990 г., в начале XXI в. ожидается, что его население превысит 30 млн. человек. На этом же рубеже времени 16 млн. человек, и даже более, могут достигнуть такие города, как Бомбей, Каир, Джакарта и Карачи, а в 20 млн. и выше - Сан-Паулу, Калькутта, Сеул. Население Москвы к концу 2002 г. превысило 10 млн. человек.

Общая площадь урбанизированных территорий Земли в 1980 г. составила 4,69 млн. км2, а к 2007 г. она достигнет 19 млн. км2 - 12,8% всей и более 20% жизнепригодной территории суши. К 2030 г. практически все население мира будет жить в поселках городского типа.

Плотность населения в городах, особенно крупных, измеряется от нескольких тысяч до нескольких десятков тысяч человек на км2. Как известно, на человека не распространяется действие факторов, зависящих от плотности популяции, подавляющих размножение животных: интенсивность роста населения ими автоматически не снижается. Но, объективно, высокая плотность ведет к ухудшению здоровья, к появлению специфических болезней, связанных, например, с загрязнением среды, делает обстановку эпидемиологически опасной в случае вольного или невольного нарушения санитарных норм и др.

Особенно интенсивно развиваются процессы урбанизации в развивающихся странах, о чем красноречиво свидетельствуют выше приведенные показатели роста численности городов в ближайшие годы. Человек сам создает эти сложные урбанистические системы, преследуя благую цель - улучшить условия жизни, но не только просто «оградившись» от лимитирующих факторов, но и создать для себя новую искусственную среду, повышающую комфортность жизни. Однако это ведет к отрыву человека от естественной природной обстановки и к нарушению природных экосистем.

Урбанистические системы

Урбанистическая система (урбосистема) - «неустойчивая природно-антропогенная система, состоящая из архитектурно-строительных объектов и резко нарушенных естественных экосистем».

По мере развития города в нем все более дифференцируются его функциональные зоны - это промышленная, селитебная, лесопарковая.

Промышленные зоны - это территории сосредоточения промышленных объектов различных отраслей (металлургической, химической, машиностроительной, электронной и др.). Они являются основными источниками загрязнения окружающей среды.

Селитебные зоны - это территории сосредоточения жилых домов, административных зданий, объектов культуры, просвещения и т. п.

Лесопарковая зона - это зеленая зона вокруг города, окультуренная человеком, т. е. приспособленная для массового отдыха, спорта, развлечений. Возможны ее участки и внутри городов, но обычно здесь городские парки - древесные насаждения в городе, занимающие достаточно обширные территории и тоже служащие горожанам для отдыха. В отличие от естественных лесов и даже лесопарков городские парки и подобные им более мелкие посадки в городе (скверы, бульвары) не являются самоподдерживающимися и саморегулируемыми системами.

Лесопарковая зона, городские парки и другие участки территории, отведенные и специально приспособленные для отдыха людей, называют рекреационными зонами (территориями, участками и т. п.). Углубление процессов урбанизации ведет к усложнению инфраструктуры города. Значительное место начинает занимать транспорт и транспортные сооружения (автомобильные дороги, автозаправочные станции, гаражи, станции обслуживания, железные дороги со своей сложной инфраструктурой, в том числе подземные - метрополитен; аэродромы с комплексом обслуживания и др.). Транспортные системы пересекают все функциональные зоны города и оказывают влияние на всю городскую среду (урбосреду).

Среда, окружающая человека в этих условиях, - это совокупность абиотической и социальных сред, совместно и непосредственно оказывающих влияние на людей и их хозяйство. Одновременно, по Н. Ф. Реймерсу, ее можно делить на собственно природную среду («дикую» природу) и преобразованную человеком природную среду (антропогенные ландшафты вплоть до искусственного окружения людей - здания, асфальт дорог, искусственное освещение и т. д., т. е. до искусственной среды). В целом же среда городская и населенных пунктов городского типа - это часть техносферы, т. е. биосферы, коренным образом преобразованной человеком в технические и техногенные объекты.

Помимо наземной части ландшафта в орбиту хозяйственной деятельности человека попадает и поверхностная часть литосферы, которую принято называть геологической средой. Геологическая среда - это горные породы, подземные воды, на которые оказывает воздействие хозяйственная деятельность человека.

На городских территориях, в урбоэкосистемах, можно выделить группу систем, отражающую всю сложность взаимодействия зданий и сооружений с окружающей средой, которые называют природно-техническими системами. Они теснейшим образом связаны с антропогенными ландшафтами, с их геологическим строением и рельефом.

Таким образом, урбосистемы - это средоточие населения, жилых и промышленных зданий и сооружений, существование которых зависит от энергии горючих ископаемых и атомно-энергетического сырья, искусственно регулируется и поддерживается человеком.

Среда урбосистем как ее географическая и геологическая части, наиболее сильно изменена.

По сути дела стала искусственной, здесь возникают проблемы утилизации и реутилизации вовлекаемых в оборот природных ресурсов, загрязнения и очистки окружающей среды, здесь происходит все большая изоляция хозяйственно-производственных циклов от природного обмена веществ (биогеохимических оборотов) и потока энергии в природных экосистемах.

И, наконец, именно здесь наибольшая плотность населения и искусственная среда, которые угрожают не только здоровью человека, но и выживанию всего человечества. Здоровье человека - индикатор качества этой среды.

45. Биогеохимические циклы наиболее жизненно важных биогенных веществ(О₂,С₂,Н₂,Р,S).

Скорость круговорота кислорода – 2 тыс. лет (рис. 4.3), именно за это время весь кислород атмосферы проходит через живое вещество. Основной поставщик кислорода на Земле – зеленые растения. Ежегодно они производят на суше 53–10⁹ т кислорода, а в океанах – 414–10⁹ т. Главный потребитель кислорода – животные, почвенные организмы и растения, использующие его в процессе дыхания. Процесс круговорота кислорода в биосфере весьма сложен, так как он содержится в очень многих химических соединениях.

Кругооборот углерода в природе включает биологический цикл, выделение СО₂ в атмосферу при сгорании ископаемого топлива, из вулканических газов, горячих минеральных источников, из поверхностных слоев океанических вод и др. Биологический цикл состоит в том, что углерод в виде СО₂ поглощается из тропосферы растениями. Затем из биосферы вновь возвращается в геосферу: с растениями углерод попадает в организм животных и человека, а затем при гниении животных и растительных материалов — в почву и в виде СО₂ — в атмосферу.

На Земле содержание водорода понижено по сравнению с Солнцем, планетами-гигантами и первичными метеоритами, из чего следует, что во время образования Земля была значительно дегазирована и водород вместе с другими летучими элементами покинул планету во время аккреции или вскоре после неё.

Свободный водород H₂ относительно редко встречается в земных газах, но в виде воды он принимает исключительно важное участие в геохимических процессах.

В состав минералов водород может входить в виде иона аммония, гидроксил-иона и кристаллической воды.

В атмосфере водород непрерывно образуется в результате разложения воды солнечным излучением^[7]. Имея малую массу, молекулы водорода обладают высокой скоростью диффузионного движения (она близка ко второй космической скорости) и, попадая в верхние слои атмосферы, могут улететь в космическое пространство.

Фосфор содержится в горных породах, образовавшихся в прошлые геологические эпохи. В биогеохимический круговорот (рис. 4.5) он может попасть в случае подъема этих пород из глубины земной коры на поверхность суши, в зону  выветривания. Эрозионными процессами он выносится в море в виде широко известного минерала – апатита. Общий круговорот фосфора можно разделить на две части – водную и наземную. В водных экосистемах он усваивается фитопланктоном и передается по трофической цепи вплоть до консументов третьего порядка – морских птиц. Их экскременты (гуано) снова попадают в море и вступают в круговорот, либо накапливаются на берегу и смываются в море. Из отмирающих морских животных, особенно рыб, фосфор снова попадает в море и в круговорот, но часть скелетов рыб достигает больших глубин и заключенный в них фосфор снова попадает в осадочные породы. В наземных экосистемах фосфор извлекают растения из почв и далее он распространяется по трофической сети. Возвращается в почву после отмирания животных и растений и с их экскрементами. Теряется фосфор из почв в результате их водной эрозии. Повышенное содержание фосфора на водных путях его переноса вызывает бурное увеличение биомассы водных растений, «цветение» водоемов и их эвтрофикацию. Большая же часть фосфора уносится в море и там теряется безвозвратно. Последнее обстоятельство может привести к истощению запасов фосфорсодержащих руд (фосфоритов, апатитов и др.). Следовательно, надо стремиться избежать этих потерь и не ожидать того времени, когда Земля вернет на сушу «потерянные отложения». Сера имеет основной резервный фонд в отложениях и почве, но в отличие от фосфора имеет резервный фонд и в атмосфере (рис. 4.6). В обменном фонде главная роль принадлежит микроорганизмам. Одни из них восстановители, другие – окислители.

В горных породах сера встречается в виде сульфидов (FeS₂ и др.), в растворах — в форме иона (SO₄^2-), в газообразной фазе в виде сероводорода (H₂S) или сернистого газа (SO₂). В некоторых организмах сера накапливается в чистом виде (S₂) и при их отмирании на дне морей образуются залежи самородной серы. В морской среде сульфат-ион занимает второе место по содержанию после хлора и является основной доступной формой серы, которая восстанавливается автотрофами и включается в состав аминокислот. Круговорот серы, хотя ее требуется организмам в небольших количествах, является ключевым в общем процессе продукции и разложения (Ю.Одум, 1986). Например, при образовании сульфидов железа фосфор переходит в растворимую форму, доступную для организмов. В наземных экосистемах сера возвращается в почву при отмирании растений, захватывается микроорганизмами, которые восстанавливают ее до H₂S. Другие организмы и воздействие самого кислорода приводят к окислению этих продуктов. Образовавшиеся сульфаты растворяются и поглощаются растениями из поровых растворов почвы – так продолжается круговорот.

46. Классификация природных экосистем биосферы на ландшафтной основе.

Экосистемы являются неотъемлемой частью природных географических ландшафтов, образующих географическую (ландшафтную) оболочку Земли. Биогеоценозы (природные сообщества) образуют на поверхности Земли так называемую биогеосферу, являющуюся основой биосферы.

Ландшафт — природный географический комплекс, в котором все основные компоненты — верхние горизонты литосферы, рельеф, климат, воды, почвы, биота — находятся в сложном взаимодействии, образуя однородную по условиям развития единую систему. По происхождению выделяют два основных типа ландшафтов — природный и антропогенный.

Природный ландшафт формируется исключительно под влиянием природных факторов и не преобразован хозяйственной деятельностью человека. Природные ландшафты разделяются на:

1. геохимические, представляющие участки поверхности, выделенные на основе единства состава и количества химических элементов и соединений;

2. элементарные, обозначающие участки с определенными породами, находящимися на одном элементе рельефа, в равных условиях залегания грунтовых вод, с одинаковым характером растительных ассоциаций и одним типом почв;

3. охраняемые, на которых регламентированы или запрещены все или отдельные виды хозяйственной деятельности.

Однако сейчас на суше преобладают антропогенные ландшафты, то есть бывшие природные ландшафты, преобразованные хозяйственной деятельностью настолько, что изменена связь их природных компонентов. К антропогенным ландшафтам относятся:

• агрокультурный (сельскохозяйственный), растительность которого в значительной степени заменена посевами и посадками сельскохозяйственных и садовых культур;

• техногенный, структура которого обусловлена техногенной деятельностью человека, связанной с использованием мощных технических средств и нарушением земель, загрязнением промышленными выбросами и др.;

• индустриальный, образующийся в результате воздействия на среду крупных промышленных комплексов;

• городской (урбанистический), характеризуемый постройками, улицами, коммуникациями, парками и т. д.

Границы географической (ландшафтной) оболочки Земли совпадают с границами биосферы, но поскольку в географическую оболочку входят участки, где нет жизни, можно условно принимать, что биосфера входит в ее состав.

Главный источник энергии для ландшафтной оболочки — солнечная радиация, которая является главным компонентом фотосинтеза. Но энергия Солнца, используемая в фотосинтезе, составляет лишь 2-3% от всей его энергии, достигшей поверхности Земли. Остальная солнечная энергия расходуется на абиотическую среду, если не считать достаточно активного участия ее в процессах физико-химического разложения, распада и др. Однако абиотические факторы вместе с биотическими определяют эволюционное развитие организмов и гомеостаз экосистем. В свою очередь растительный и животный мир — столь мощные природные компоненты, что могут влиять на окружающую среду и переделывать ее «под себя», создавая определенную микросреду (микроклимат). Все это свидетельствует о том, что живая природа существует в едином энергетическом поле всего ландшафта. Продуктивность различных типов экосистем далеко не одинакова, и занимают они разные по величине территории на планете. Различия в продуктивности связаны с климатической зональностью, характером среды обитания (суша, вода), с влиянием экологических факторов локального порядка и т. д.

Природные экосистемы могут быть классифицированы на принципах так называемого биомного подхода.Биом — крупная региональная или субконтинентальная экосистема, характеризующаяся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта. Он состоит из тех же компонентов, что и ландшафт, но главный его компонент — биота, а границы биома совпадают с ландшафтами регионального уровня. На основе биомного подхода природные экосистемы разделяются на наземные, пресноводные и морские.

47. Экологические пирамиды.

Экологическая пирамида — графические изображения соотношения между продуцентами и консументами всех уровней (травоядных, хищников, видов, питающихся другими хищниками) в экосистеме. Эффект пирамид в виде графических моделей разработан в 1927 году Ч. Элтоном^[1].

Экологические пирамиды могут быть 3 видов:

1. Пирамида чисел - отражает количественное распределение отдельных организмов на трофических уровнях. Особенностью такой пирамиды является уменьшение численности организмов при движении от продуентов к консументам. Эта закономерность объясняется тем, что в любой экосистеме мелкие животные численно превосходят крупных и размножаются быстрее. Для любого хищника существует нижний и верхний предел размеров их жертв, каждому хищнику служат пищей жертвы определенного размера. Вторая пирамида - обращенная, так как в лесных пастбищных пищевых цепях продуценты - это деревья, а первичные консументы - это насекомые. Уровень первичных консументов по численности превышает уровень продуцентов. 

2. Пирамида биомассы - показывает соотношение общего количества живого вещества на трофических уровнях пищевой цепи. Может иметь две графические разновидности - правильная и обращенная. Наблюдаются следующие закономерности: пирамиды с широким основанием и узкой вершиной характерны для наземных и мелководных экосистем, в которых продуценты имеют крупные размеры и живут сравнительно долго. В молодых экосистемах вершина пирамиды более узкая, чем в зрелых; пирамида может быть обращенной в открытых и глубоких водах, где продуценты невелики по размеру и малодолговечны. Пирамида биомассы отличается промежуточным характером в озерах и прудах, так как здесь равноценны роли продуцентов, то есть крупных прикрепленных растений и микроскопических водорослей.

3. Пирамида энергии - величина потока энергии, проходящего через различные трофические уровни. В отличие от пирамиды чисел или биомассы, характеризующих статику экосистемы, пирамида энергии характеризует динамику прохождения массы пищи через пищевую цепь. На ее форму не влияют ни размеры особей, ни интенсивность их метаболизма. Кроме того, пирамида чисел преувеличивает роль мелких организмов, пирамида биомассы преувеличиват роль крупных. Поэтому пирамида энергии является наиболее универсальной характеристикой для сравнения потока энергии, проходящего через разные уровни, а также для сравнения одной экосистемы с другой.

48. Влияние природно-экологических факторов на здоровье человека.

Изначально Homo sapiens жил в окружающей природной среде, как и все консументы экосистемы, и был практически не защищен от действия ее лимитирующих экологических факторов.

Консументы (от лат. consume – потребляю), организмы, являющиеся в пищевой цепи потребителями органических веществ.

Первобытный человек был подвержен тем же факторам регуляции и саморегуляции экосистемы, что и весь животный мир, продолжительность его жизни была небольшой, и весьма низкой была плотность популяции. Главными из ограничивающих факторов были высокая двигательная активность, обусловленная необходимостью постоянного поиска пищи, и недоедание. Среди причин смертности на первом месте стояли патогенные(вызывающие болезни) воздействия природного характера. Особое значение среди них имели инфекционные болезни, отличающиеся, как правило, природной очаговостью.

Суть природной очаговости в том, что возбудители болезней, специфические переносчики и животные аккумуляторы, хранители возбудителя, существуют в данных природных условиях (очагах) вне зависимости от того, обитает здесь человек или нет. Человек может заразиться от диких животных («резервуара» возбудителей), проживая в этой местности постоянно или слу-чайно оказавшись здесь. К таким животным обычно относятся грызуны, птицы, насекомые и др.

Все эти животные входят в состав биоценоза экосистемы, связанного с определенным биотопом. Отсюда природные очаговые болезни тесно связаны с определенной территорией, с тем или иным типом ландшафта, а значит, с климатическими его особенностями, например, отличаются сезонностью проявления.

Биотоп – условия окружающей среды на определенной территории: воздух, вода, почвы и подстилающие их горные породы.

Е.П. Павловский (1938), впервые предложивший понятие природного очага, относил к природно-очаговым болезням чуму, туляремию, клещевой энцефалит, некоторые гельминтозы и др. Исследования показали, что в одном очаге могут содержаться несколько болезней.

Природно-очаговые болезни являлись основной причиной гибели людей вплоть до начала  XX в. Наиболее страшной из таких болезней была чума, смертность от которой во много раз превосходила гибель людей в бесконечных войнах средневековья и более позднего времени.

Чума — острое инфекционное заболевание человека и животных, относится к карантинным болезням. Возбудителем является чумной микроб в виде яйцевидной биполярной палочки. Эпи-демии чумы охватывали многие страны мира. Так, в Восточной Римской империи за 50 лет погибло более 100 млн человек. Не менее опустошительной была эпидемия в XIV в. С XIV в. чума неоднократно отмечалась в России, в том числе и в Москве. В XIX в. она «косила» людей в Забайкалье, Закавказье, в Прикаспии и даже в начале XX в. наблюдалась в портовых городах Черного моря, в том числе в Одессе. В XX в. крупные эпидемии чумы регистрировались в Индии.

Заболевания, связанные с окружающей человека природной средой, существуют и в настоя-щее время, хотя с ними ведется постоянная борьба. Их существование объясняется, в частности, причинами сугубо экологической природы, например резистентностью носителей возбудителей и самих возбудителей болезней. Характерным примером этих процессов является борьба с малярией.

Резистентность – сопротивляемость, устойчивость организма к воздействию различных повреждающих факторов среды.

Малярия — заболевание, вызываемое заражением паразитами рода Plasmodeum, передаваемое укусом зараженного малярийного комара. Это заболевание — экологическая и социально-экономическая проблема.

В 1955 г. по данным ЮНЕП, число заболевших малярией составило от 200 до 255 млн человек из 2,65 млрд проживающих в то время в малярийных районах, и умирало ежегодно примерно  2 млн человек.

Все более уделяется внимание комплексным, экологически оправданным методам борьбы с малярией — методам «управления жизненной средой». К ним относятся осушение заболоченных территорий, уменьшение солености воды и др. Следующие группы методов — биологические — использование других организмов для снижения опасности комара; в 40 странах для этого используются не менее 265 видов личиноядных рыб, а также микробы, вызывающие болезни и гибель комаров.

Чума и другие инфекционные болезни (холера, малярия, сибирская язва, туляремия, дизентерия, дифтерия, скарлатина и др.) уничтожали людей различного возраста, в том числе и репродукционного. Это обусловило достаточно медленный рост населения — первый миллиард жителей на Земле появился в 1860 г. Но открытия Пастера и др. в конце XIX в., давшие мощный толчок развитию профилактической медицины XX в. в лечении весьма тяжелых заболеваний, резкое улучшение санитарно-гигиенических условий жизни, культуры и образованности человечества в целом, привели к резкому снижению заболеваемости природно-очаговыми болезнями, а некоторые из них практически исчезли в XX в.

Однако, чтобы бороться с действием естественных факторов регуляции экосистемы, человеку пришлось использовать природные ресурсы, в том числе и невосполнимые, и создать искусственную среду для своего выживания.

Искусственная среда также требует адаптации к себе, которая происходит через болезни. Главную роль в возникновении болезней в этом случае играют следующие факторы: гиподинамия, переедание, информационное изобилие, психоэмоциональный стресс. В связи с этим наблюдается постоянный рост «болезней века»: сердечно-сосудистых, онкологических, аллергических заболеваний, психических расстройств и, наконец, СПИДа, и др.

49. Ресурсы живых существ как экологические факторы. Классификация ресурсов.

«Ресурсы живых существ - это по преимуществу вещества, из которых состоят их тела, энергия, вовлекаемая в процессы их жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы их жизненных циклов». Зеленое растение создается из неорганических молекул и ионов - вода, углекислый газ, кислород, биогенные вещества - и солнечной радиации в результате фотосинтеза. Неорганические компоненты здесь можно рассматривать как пищевой ресурс, а свет как ресурс энергетический. Сами растения являются пищевым ресурсом для травоядных животных, травоядные - ресурс для хищников, те и другие - пищевой ресурс для паразитов, а после гибели - для деструктуров.

Перераспределение вещества и энергии между консументами происходит при конкурентной борьбе за пищевые ресурсы, что вынуждает, например, животных охранять свои места охоты. Такие места, а также территории, где организмы размножаются, проходят стадии своего развития по типу метаморфоза и т. п., относят к ресурсам среды для определенного вида организмов, популяций и биоценозов.

Классификация ресурсов

Ресурсы живых существ можно разделить на незаменимые и взаимозаменяемые. Незаменимые ресурсы - это когда один не в состоянии заменить другой, который, в свою очередь, становится жестким лимитирующим фактором.

Ресурсы могут выступать лимитирующим фактором, поскольку никто не отменял закона толерантности при использовании компонентов среды как ресурсов. Здесь в полной мере, в особенности относительно высших растений, действует закон независимости факторов В. Р. Вильямса, причем, каждый из ресурсов (CO2, H2O, K, S, P, N и др.) добывается независимо от других и, зачастую, своим особым способом.

При высокой ресурсной обеспеченности незаменимые ресурсы вызывают явление ингибирования - они становятся токсичными, превращаясь в лимитирующие факторы, выходящие за верхний предел толерантности к ним организмов. Например, в результате загрязнения почв создается избыток калия, кадмия и т. п. для растений, при вырубке леса - избыток света для тенелюбивых растений и др.

Взаимозаменяемые ресурсы - это когда любой из двух ресурсов можно заменить другим, при этом они могут быть и различного качества, т. е. взаимозаменяемость это еще не значит равноданность. Они могут быть взаимодополняющими и антагонистическими.

У плотоядных животных практически любую поедаемую ими пищу, т. е. добычу, можно заменить другой в том же объеме: одну косулю - несколькими зайцами, зайца - десятками мелких грызунов и т. п. Но взаимозаменяемые ресурсы могут быть взаимодополняющими, если при совместном потреблении обоих ресурсов в совокупности их требуется меньше, чем при раздельном потреблении. Например, чтобы получить одни и те же калории при питании, можно съесть отдельно определенный объем риса, или, тоже отдельно, определенный объем бобов. Но если их употреблять совместно, то совмещенный объем съеденного риса и бобов будет меньше при тех же калориях.

Однако может быть и наоборот: при совместном потреблении ресурсов для поддержания жизни организмов обоих ресурсов расходуется больше, чем при раздельном потреблении. Такие ресурсы называются антагонистическими. Такое бывает, если, например, один ресурс содержит одно токсичное соединение, а второй - другое, то поедание обоих ресурсов неблагоприятнее сказывается на росте организмов, чем если бы они питались одним из ресурсов.

Экологическое значение незаменимых ресурсов

В результате морфологических и физиологических адаптаций возникает некое соответствие между организмом и средой, но оно еще не гарантирует выживание организма в этой среде.

Если он не сможет найти свое место в сложной цепи биологических взаимодействий как на внутривидовом, так и на межвидовом уровнях.

Первое испытание - это конкуренция на внутривидовом уровне за ресурсы.

Единственным ресурсом энергии для зеленых растений является свет. Лучистая солнечная энергия - это единственный из ресурсов, который действует в одном направлении, а остальные (вода, углекислый газ, биогенные вещества) используются многократно, вовлекаемые в биологический круговорот веществ. Важнейшее значение для популяций растений имеет ее распределение, где первейшую роль играет листовой полог леса или посевов полей сельхозкультур, состоящий из ярусов свето- и тенелюбивых растений. Количество солнечной энергии, которое используется растением на фотосинтез, должно быть пропорционально освещенной площади листьев. А эта площадь - величина переменная, зависящая от формы и расположения листьев, а также высоты солнца над горизонтом и интенсивности солнечного излучения.

Но даже при благоприятных условиях, при ярком солнечном освещении, интенсивность фотосинтеза может не достигать максимума. Максимальные же значения эффективного использования лучистой энергии у растений составляют 3-4,5% у морских микроскопических водорослей, 1-3% - в тропических лесах, 0,6-1,2% - в лесах умеренного пояса и 0,6% - в посевах сельхозкультур. На таких значениях эффективности использования световых ресурсов и держится вся энергетика экосистемы.

Диоксид углерода так же незаменимый ресурс в фотосинтезе, но проблем с его недостатком не возникает.

Более того, избыток CO2 может интенсифицировать фотосинтез даже при некоторой недостаточной освещенности, например, в нижних ярусах густого леса, где его содержание несколько повышенное.

Вода это не только компонент фотосинтеза, но и незаменимая составляющая клеточной протоплазмы. Для подавляющего большинства растений основной источник воды - почва. Во многих случаях вода становится лимитирующим фактором из-за ограниченных ее количеств в почве, но она может быть и лимитирующей при максимальном водонасыщении почвы. Большинство растений гибнет при подтоплении как вследствие отсутствия аэрации корневой системы, так и вследствие «отравления» сероводородом, выделенным анаэробными бактериями. Однако ряд высших растений с корневой системой в виде трубчатых корней, способны жить в этих почвах, так как по этой трубчатой системе осуществляется доступ воздуха к корневой системе.

Минеральные ресурсы - это извлекаемые растением из почвы биогенные микро- и макроэлементы. Без них рост растений, т. е. образование органических молекул, невозможен. Минеральные ресурсы «добываются» корневой системой растений, их доступность неразрывно связана с доступностью воды, а наличие и количественный состав зависят от содержания биогенных веществ в почве.

Кислород в наземных сообществах не является пока лимитирующим ресурсом, но растворимость в воде у него значительно меньше, чем у углекислого газа, поэтому в водной среде кислород является лимитирующим ресурсом. Для всех существ, кроме анаэробов, кислород - незаменимый ресурс.

Гидробионты, чтобы выжить в условиях лимитирующего действия кислорода, должны либо постоянно поддерживать ток воды через жабры (рыбы), либо иметь очень большую поверхность тела (ракообразные), либо обладать способностью к медленному дыханию (личинки некоторых насекомых), либо возвращаться на поверхность, чтобы сделать вдох (киты, дельфины и др.).

Экологическое значение пищевых ресурсов

Пищевые ресурсы - это сами организмы. Автотрофные (фото- и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для следующего потребителя.

Питательная ценность растений и животных различна. Важнейшее отличие растительной пищи в том, что растительные клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы, лигнина и других веществ, представляющих собой волокна, неусвояемые многими животными - консументами. Но наличие этих стенок - основная причина высокого содержания углерода в растениях - потенциального источника больших количеств энергии. Эта энергия доступна лишь животным, обладающими целлюлазами, способными расщеплять целлюлозу и лигнин: некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др.

Травоядным животным, для того чтобы переварить растительную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвачные животные), а птицы перетирают ее в своем мускулистом желудке. Плотоядным же вообще жевать ничего не нужно, так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому этот корм можно и целиком заглотнуть.

В пищеварительном тракте травоядных животных, рубце, поселяются микроорганизмы, обладающие способностью расщеплять целлюлозу и помогать им переварить растительный корм. Кроме того, при разложении растений многие микробы извлекают из них питательные вещества (азот и др.), а уже микробную клетку животному легче усвоить. По этой же причине, животные-детритофаги поедают растительный детрит, обильно заселенный микроорганизмами.

Различные ткани и органы растений отличаются по своей питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые и др.) специализируются на поедании мелких частей растения, обычно это семена, вегетативные почки и листья.

В отличие от растений состав тела различных фитофагов достаточно однообразен и ничем не отличается от такового плотоядных, т. е. мясо гусеницы, трески, земляных червей, креветок и оленя, по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и минеральных солей в одном грамме ничем не отличается. Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но их больше заботит, как добывать пищу.

Ограждение пищевых ресурсов

Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя.

Любой организм стремится оградить себя от своего потребителя. Эти «средства защиты» есть и у растений и у животных. Они подразделяются на физические, химические, морфологические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители - наиболее приспособленные «пожиратели» выживают в большем количестве, разрабатывая все более изощренные средства нападения, а «пожираемые» разрабатывают все более новые и новые средства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой, и эволюция каждого частично зависит от эволюции другого. Такие явления называют сопряженной эволюцией, или коэволюцией.

Сопряженной эволюции между растениями не бывает, так как они «питаются» одинаковыми атомами, не может ее быть и между деструктурами и мертвой органикой, а вот от внешних врагов у растений хорошо развита механическая защита - колючки, шипы, скорлупа ореха и др.

Наиболее уязвимы семена растений, когда они находятся на материнском растении, но если они рассыплются - сохранность резко увеличивается. Этот способ сохранности семян широко используется в дикой природе. Однако это противоречит требованиям человека к сельхозкультурам, поэтому человек путем селекции отобрал те злаки, которые способны удерживать семена, поэтому культурные злаки для семеноядных птиц просто находка.

Распространена механическая защита и среди животных: иглы у ежа, гребни и шипы у мелких беспозвоночных - коловраток, дафний, раковина у моллюска.

Кроме физической защиты организмы способны создавать и химическую защиту в виде ядовитых веществ, которые предохраняют их от поедания. Эти вещества у растений являются побочным продуктом метаболизма и могут действовать как токсиканты (синильная кислота и др.), или просто препятствовать пищеварению, или только отпугивать животных, особенно - насекомых.

Прибегают к химической защите и некоторые животные. Хорошо известно отпугивающее действие «чернильного облака», выбрасываемого в водную среду некоторыми головоногими моллюсками - каракатицами, осьминогами.

Химические средства в ряде случаев могут не только защитить растения, а даже сделать его более привлекательным для фитофагов. Многие насекомые-фитофаги специализируются на растениях одного или нескольких видов - тех, чью химическую защиту они преодолели. Это очень важный шаг в коэволюции растений и фитофагов - возникновение устойчивости к химическим средствам защиты растений.

Такие процессы наблюдаются и при искусственной химической защите растений от «вредных» насекомых, которая достаточно быстро теряет свою эффективность.

Известна адаптированность их к ДДТ и т. п.

Для животных наиболее характерны различного рода морфологические виды защиты. Они базируются на различного рода «обманах» (криптицизм, мимикрия и т. п.). Достаточно разнообразна у них поведенческая защита: прячутся в норы, «прикидываются» мертвыми, прячутся в раковины, панцири, сворачиваются в клубок, «угрожающе» себя ведут и т. д. Но самая обычная поведенческая реакция животного - это бегство от хищника, которое приносит и наибольший успех жертве.

Пространство как ресурс

Растения и животные конкурируют в занимаемом ими пространстве прежде всего за ресурсы, а не за некую площадь, где они могут размножаться. Пространство может стать и лимитирующим ресурсом, если при избытке пищи оно не сможет вместить в свои геометрические размеры все организмы, которые могли бы успешно жить в этом пространстве за счет избытка его ресурсов. Например, скальная поверхность может быть настолько плотно заселена мидиями, что другим моллюскам, потенциально способным еще прокормиться на этой площади, места уже не осталось. Ряд животных стремится к «захвату» определенной территории, где они смогут обеспечить себя пищей, и таким образом она становится ресурсом.

Кроме того, потенциальными ресурсами для животных являются гнездовые участки и убежища.

Таким образом, пищевой ресурс - «любой потребленный компонент среды, который может быть «отнят» одним организмом у другого». Это способно вызвать внутривидовую конкуренцию. Регулируются данные явления уже на популяционном уровне и изучаются в популяционной экологии.

50. Экологическая ответственность. Экологическое сознание.

Ответственность государства, общества, человека перед обществом, настоящими и будущими поколениями людей, перед конкретным человеком и природопользователем Эколого-правовая ответственность — это разновидность общеюридической ответственности. Она означает обязанность претерпевать неблагоприятные последствия за совершенное экологическое правонарушение в соответствии с санкцией нарушенной нормы права. Э.о. — это экономико-правовой комплекс, содержащий в себе нормы, соответствующие им отношения по возмещению и предупреждению вреда природной среде. Э.о. выполняет три функции: стимулирующую, компенсирующую и превентивную. Стимулирующая функция проявляется в наличии экономических и правовых стимулов, понуждающих к охране экологических интересов; компенсирующая функция направлена на восстановление потерь природной среды в форме натуральной или денежной компенсации; превентивная функция принудительно воздействует на поведение участников экологических отношений путем применения мер наказания и взыскания ущерба. Э.о. имеет две формы — экономическую и юридическую. Экономическая форма базируется на правомерной деятельности и регулируется экономическими методами, прежде всего материальной заинтересованностью загрязнителя экологии в сокращении отходов. Она вытекает из общего принципа взаимоотношения общества и природы: "загрязнитель платит". Юридическая ответственность порождается неправомерными деяниями и регулируется административно-правовыми методами. В целом эти формы образуют институт экологической ответственности. Эколого-экономичес-кая ответственность, в отличие от юридической, которая наступает по факту правонарушения, возникает по факту причинения вреда.

Экологическое сознание

способность понимания неразрывной связи человеческого сообщества с природой, зависимость благополучия людей от целостности и сравнительной неизменности природной среды и использования этого понимания в практической деятельности. Широкое распространение в общности людей Э.с. чаще всего связано с определёнными экологическими катаклизмами, которые заставляют людей задуматься о последствиях своей хозяйственной деятельности для природного окружения. Видимо, именно такие события были причиной сохранения в общественном сознании определяемых социологических (природоохранных) правил, или созологического этикета, запрещавших членам сообщества те или иные природоразрушительные действия, которые рассматривались как преступление против общины.

51. Пищевые ресурсы. Экологическое значение пищевых ресурсов. Ограждение пищевых ресурсов.

Потребителю (хищнику) необходимо отыскать, изловить, умертвить и съесть добычу. Но это сделать нелегко, так как пищевые ресурсы нередко ограждены от потребителя.

Любой организм стремится оградить себя от своего потре­бителя. Эти «средства защиты» есть и у растений и у живот­ных. Они подразделяются на физические, химические, морфо­логические и поведенческие. С другой стороны, эти средства оказывают воздействие и на организмы-потребители — наибо­лее приспособленные «пожиратели» выживают в большем ко­личестве, разрабатывая все более изощренные средства напа­дения, а «пожираемые» разрабатывают все новые и новые сред­ства защиты. В результате возникает эволюционное давление одного организма на другой и эволюция каждого частично за­висит от эволюции другого. Такие явления называют сопря­женной эволюцией, или коэволюцией.

Сопряженной эволюции между растениями не бывает, так как они «питаются» одинаковыми атомами, не может ее быть и между деструктурами и мертвой органикой, а вот от внешних врагов у растений хорошо развита механическая защита— ко­лючки, шипы, скорлупа ореха и др.

Наиболее уязвимы семена, когда они находятся на мате­ринском растении, но если они рассыплются — сохранность резко увеличивается. Этот способ сохранности семян широко используется в дикой природе. Однако это противоречит тре­бованиям человека к сельхозкультурам, и человек путем се­лекции отобрал те злаки, которые способны удерживать семе­на, поэтому культурные злаки для семеноядных птиц просто находка.

Кроме описанной выше физической организмы способны создавать к химическую защиту в виде ядовитых веществ, которые предохраняют их от поедания. Они могут действовать как токсиканты, или просто препятствовать пищеварению, или только отпугивать животных, особенно — насекомых.

Химические средства в ряде случаев могут не только защи­тить растение, а даже сделать его более привлекательным для фитофагов. Многие насекомые-фитофаги специализируются на растениях одного или нескольких видов — тех, чью химиче­скую защиту они преодолели. Это очень важный шаг в коэво­люции растений и фитофагов — возникновение устойчивости к химическим средствам защиты растений. Такие* процессы на­блюдаются и при искусственной химической защите растений от «вредных» насекомых, которая достаточно быстро теряет свою эффективность (известна адаптированность их к ДДТ и т. п.).

Для животных наиболее характерны такие морфологиче­ские виды защиты, которые базируются на различного рода «об­манах» (криптицизм, мимикрия и т. п.). Достаточно разнооб­разна у них поведенческая защита: прячутся в норы, притворя­ются мертвыми, прячутся в раковины, панцири, сворачивают­ся в клубок, угрожающе ведут себя и т. д. Но самая обычная поведенческая реакция животного — это бегство от хищника, которое приносит и наибольший успех жертве. Среди животных распространена и механическая защита: иглы у ежа, греб­ни и шипы у коловраток, дафний, раковина моллюска и др. Прибегают они и к химической защите — «чернильное облако» каракатицы, и др.

Экологическое значение пищевых ресурсов

Пищевые ресурсы

Пищевые ресурсы — это сами организмы. Автотрофные (фотосинтезирующие и хемосинтезирующие) организмы становятся ресурсами для гетеротрофов, принимая участие в пищевой цепи, где каждый предшествующий потребитель превращается в пищевой ресурс для следующего потребителя. Питательная ценность растений и животных различна. Важнейшее отличие растительной пищи в том, что растительные клетки окружены стенками, состоящими из целлюлозы, лигнина и других веществ, представляющих собой волокна, неусвояемые многими животными-консументами. Но наличие этих стенок — основная причина высокого содержания углерода в растениях — потенциального источника больших количеств энергии. Эта энергия доступна лишь животным, обладающим целлюлазами, способными расщеплять целлюлозу и лигнин: некоторые бактерии, многие грибы, улитки и др. Травоядным животным для того, чтобы переварить растительную пищу, необходимо ее тщательно пережевывать (жвачные животные), а птицы перетирают ее в своем мускулистом желудке. Плотоядным же вообще жевать ничего не нужно, так как в мясе жертвы все компоненты, необходимые им для жизни, содержатся в готовом к усвоению виде, поэтому корм можно и целиком заглотнуть. В пищеварительном тракте травоядных животных, рубце, поселяются микроорганизмы, обладающие способностью разлагать целлюлозу, которые помогают им переварить раститель-\ ный корм. Кроме того, при разложении растений многие микробы извлекают из них питательные вещества (азот и др.), а уже микробную клетку животному легче усвоить. По этой же причине животные-детритофаги поедают растительный детрит, обильно заселенный микроорганизмами. Различные ткани и органы растений отличаются по своей питательной ценности. Поэтому мелкие фитофаги (насекомые и др.) специализируются на поедании мелких частей растения, обычно это семена, вегетативные почки и листья. В отличие от растений состав тела различных фитофагов достаточно однообразен и ничем не отличается от такового плотоядных, т. е. мясо гусеницы, трески, земляных червей, креветок и оленя по содержанию белков, углеводов, жиров, воды и минеральных солей в одном грамме ничем не отличается. Особой сложности в усвоении готовой пищи у плотоядных нет, но их больше заботит, как добывать пищу.

52. Агроэкосистемы.

Агроэкосистемы — сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат её составляющих на поля для обеспечения круговорота минеральных и органических веществ. В правильно спланированные агроэкосистемы, кроме пашен, входят пастбища или луга и животноводческие комплексы.

АГРОЭКОСИСТЕМА - экологическая система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию. В состав агроэкосистемы входят: почвы с их населением (животные, водоросли, грибы, бактерии); поля-агроценозы; скот; фрагменты естественных и полуестественных экосистем (леса, естественные кормовые угодья, болота, водоемы); человек. Основные черты агроэкосистемы определяет человек, который стоит на вершине экологической пирамиды и заинтересован в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции. При этом, если человек следует экологическому императиву, он сохраняет почвы, биологическое разнообразие, не допускает сельскохозяйственного загрязнения и получает экологически чистую продукцию, а агроэкосистема приобретает черты устойчивости (сестайнинга). Агроэкосистема - автотрофная экосистема, основным источником энергии для которой является Солнце. Солнечная энергия усваивается растениями-продуцентами и фиксируется в урожае растениеводческой продукции или передается по пищевым цепям консументам, главные из которых - скот, и редуцентам - прежде всего обитающим в почве животным-детритофагам. Перерабатывая органические остатки, они способствуют деятельности микроорганизмов-редуцентов, которые пополняют запас элементов питания, доступных корням растений. Большую роль в агроэкосистеме играют бактерии-азотфиксаторы, из которых наиболее важны виды, симбиотически связанные с бобовыми, так как при обработке почвы плугом биологическая азотфиксация за счет свободноживущих бактерий снижается в 4-5 раз. В отличие от естественных экосистем агроэкосистемы более открыты, и из них происходит отток вещества и энергии с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв (дегумификация и эрозия почв). Для компенсации этих потерь и контроля состава агроэкосистемы (регулирование плотности популяций сорных растений, насекомых-вредителей и др.) человек вводит в агроэкосистему дополнительные элементы питания (азотные, фосфорные и калийные удобрения) и затрачивает энергию на производство, транспортировку и внесение минеральных и органических удобрений и пестицидов, производство и ремонт сельскохозяйственных машин, горючее и т. д. Однако величина антропогенной энергии даже в наиболее энергонасыщенных хозяйствах составляет менее 1% от энергии Солнца, которая фиксируется растениями. Агроэкосистемы весьма разнообразны и могут различаться по специализации (растениеводческие, животноводческие, комплексные) и по величине вложений антропогенной энергии (экстенсивные, компромиссные, интенсивные). Существуют как небольшие аборигенные фермы, где используется только ручной труд и реже - мускульная сила животных, так и высокомеханизированные хозяйства и скотооткормочные комплексы, потребляющие много антропогенной энергии.

Растениеводческие агроэкосистемы.

В экстенсивном хозяйстве используется залежно-переложная система земледелия (в условиях лесной зоны - подсечно-огневая система земледелия). В таких системах происходит постоянная ротация (заменяемость) участков пашни и естественной растительности, в результате чего восстанавливается плодородие почв. При компромиссном хозяйстве почвовосстанавливающую роль играют посевы многолетних трав и однолетних бобовых культур в севооборотах, а также сидераты (зеленые удобрения). В умеренном количестве используются фосфорно-калийные удобрения, а для контроля плотности насекомых-вредителей - биологические методы защиты растений и система полезных симбиотических связей. В интенсивном хозяйстве сохраняется та же схема производства, что и при компромиссном, но резко увеличиваются дозы минеральных удобрений, возможны полив и использование пестицидов в высоких дозах. Севообороты упрощаются до двух-трех звеньев и не включают сидератов или используется монокультура. С увеличением вложений антропогенной энергии возрастает риск разрушения почв.

Животноводческие агроэкосистемы.

Экстенсивный вариант - это выпас скота на естественных кормовых угодьях (с сенокошением или без него в зависимости от климата). Вложения антропогенной энергии при этом минимальны и сводятся к затратам на жизнеобеспечение пастухов и первичную обработку животноводческой продукции. При компромиссном варианте корм производится на естественных кормовых угодьях и на пашне (многолетние травы, пропашные культуры и др.), плодородие почв которой поддерживается внесением навоза, возможно использование невысоких доз фосфорно-калийных удобрений. При интенсивном варианте животноводческая продукция производится на скотооткормочных комплексах, а корма получают с пашни при высоких вложениях энергии и кроме того завозят из других районов (в таких странах, как Нидерланды или Сингапур - даже из других государств). Часть навоза вносится на поля, но его количество оказывается больше, чем можно внести в почву.

Комплексные агроэкосистемы.

При низких энерговложениях сохраняется ротация полей и естественных кормовых угодий (часть пашни через определенное время забрасывается для естественного восстановления плодородия, хотя частично оно поддерживается за счет навоза). Минеральные удобрения либо не используются, либо вносятся в низких дозах фосфорно-калийные туки. Обеспечение почвы азотом достигается за счет биологической азотфиксации. Такой вариант хозяйства характерен для альтернативных систем земледелия. По существу такие агроэкосистемы создавал А.Т. Болотов. При интенсивном варианте производство кормов на естественных кормовых угодьях минимизируется, и с пашни получают как растениеводческую продукцию, так и корм для скота. Дозы вносимых удобрений и пестицидов высокие. Возможен полив. При компромиссном варианте наиболее полно реализуется адаптивный подход. Площадь пашни ограничена, ее плодородие поддерживается навозом, севооборотами и умеренными дозами фосфорно-калийных удобрений. Контроль сорняков, насекомых-вредителей и болезней культурных растений проводится либо биометодом, либо интегрированным методом защиты растений. Скот получает корм как на естественных кормовых угодьях, так и с пашни, поскольку в севооборотах значительное место занимают многолетние травы и кормовые однолетние бобовые культуры. Все это позволяет поддерживать достаточно высокую продуктивность агроэкосистемы. Поскольку с увеличением вложений антропогенной энергии затрудняется достижение сестайнинга агроэкосистемы, наиболее оправданы экстенсивные животноводческие агроэкосистемы, в условиях, где нет возможности получать растениеводческую продукцию, и компромиссные комплексные агроэкосистемы. В первом случае необходимо регулирование пастбищных нагрузок для исключения пастбищной дигрессии. Возможны агроэкосистемы с дистанционным управлением, когда по существу сохраняется естественная экосистема, которая рационально используется. Например, в тундрах животным компонентом агроэкосистемы является дикий олень, в степях - сайгак, в саваннах - сложные многовидовые стада копытных (антилопы, зебры и т. д.), а человек изымает часть животных в соответствии с нормативом максимально допустимого урожая, обеспечивающим сохранность популяций. За счет дифференциации экологических ниш и более полного и равномерного потребления растительной биомассы такие агроэкосистемы могут давать мяса в несколько раз больше, чем агроэкосистемы с одним-двумя видами скота. Повышается эффективность использования пастбищ при совместном содержании скота разных видов и даже при разновозрастном стаде животных одного вида. Во втором случае главное условие обеспечения сестайнинга - экологическая оптимизация структуры агроэкосистемы.

53. Биоразнообразие биосферы как результат ее эволюции.