авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 | 2 ||

«Филиал Российского государственного университета физической культуры, спорта и туризма в г. Иркутске Кафедра естественных наук с курсом медико-биологических дисциплин ...»

-- [ Страница 3 ] --

Для существования организмов большое значение имеет температура. У большинства видов процессы жизнедеятельности протекают в пределах от -4° С до +40...45° С (температурный предел функционирования белков). Но пределы, в которых обнаруживается жизнь гораздо шире. Некоторые виды бактерий и водорослей живут в горячих источниках при температурах +80...+88° С. Диапазон колебаний температур в разных уголках Земли, где встречается жизнь, достигает 176°С. Но на планете нет ни одного существа, которое бы в активном состоянии переносило весь температурный диапазон. В связи с этим у животных и растений существуют различные приспособления к температурным условиям. Для каждого вида характерна своя оптимальная температура и крайние пределы выживания. У многих организмов (растений и всех животных, кроме птиц и млекопитающих) температура зависит от окружающей среды. Их называют пойкилотермными (от греческого poikilos- разнообразный). Хотя температура пойкилотермных организмов обусловлена температурой окружающей среды, все же в процессе эволюции у них выработались некоторые механизмы для регуляции.

Автоматическим закрытием и открытием устьиц растения регулируют процесс транспирации, тем самым, избегая перегрева. Животные достигают того же испарением через дыхательные пути и кожные покровы.

Наиболее совершенная терморегуляция характерна для высших позвоночных- птиц и млекопитающих. Это обеспечило им широкое расселение по всем климатическим поясам. Гомойотермные (от греческого homoios -подобный) животные имеют практически постоянную температуру тела независимо от температуры среды. У эндотермных животных терморегуляция осуществляется изменением окислительно-восстановительных процессов, продуцирующих тепло, а также приспособлениями для охлаждения. У низших млекопитающих (яйцекладущих) механизмы терморегуляции несовершенны.

Поддержанию оптимальной температуры способствуют также некоторые поведенческие реакции животных. Например, птицы совершают длительные перелеты в места с более теплым климатом (скворцы, ласточки, лебеди), сохраняя для себя привычный температурный режим.

Влажность также является важнейшим абиотическим фактором. Жизнь зародилась в воде (гипотеза Опарина) и на протяжении большей части своей истории была представлена водными формами организмов. Завоевав сушу, живые организмы не перестали зависеть от воды. Вода является составной частью всех существ. Тело животных, как правило, не менее чем на 50% состоит из воды. Например, человек -64% воды, медуза - 99%, амбарный долгоносик -46 %. Биохимические процессы в клетке протекают в жидкой среде. Вода поступает из атмосферы в виде осадков и в природе происходит непрерывный круговорот воды - гидрологический цикл. По отношению к влажности различают следующие экологические группы растений:

- гидрофиты - растения, обитающие на мелководье (частуха, калужница) - гигрофиты - растения, обитающие в условиях с постоянной влажностью воздуха и почвы.

- мезофиты - растения, обитающие в условиях среднего увлажнения (вероника дубравная, гусиный лук, лютик едкий) - ксерофиты - растения, обитающие в условиях недостаточного, увлажнения (кактус, молодило, верблюжья колючка).

Для нормального функционирования клеток в организме животного необходимо стационарное состояние внутриклеточной жидкости. Водные формы получают или теряют воду путем осмоса через проницаемые участки тела. Устойчивое состояние водного обмена достигается за счт баланса между отдачей воды и е получением.

Наземные животные по-разному переносят недостаток воды. Например, грызуны и черепахи впадают в спячку, куланы и сайгаки совершают миграции. Спячка бывает не только зимой, но и летом. Особенно это характерно для сусликов. Малый суслик в полупустынных областях впадает в спячку уже в июле, а жлтый суслик в Средней Азии ещ раньше - в июне. Летняя спячка обычно без пробуждения переходит в зимнюю.

Общей причиной этого является высыхание растительности, приводящее к невозможности получить необходимое для нормального функционирования организма количество воды.

2. Закономерности взаимодействия организмов и среды обитания.

Ограниченное действие экологических факторов. Закон минимума.

Абиотические факторы действуют совместно и результат воздействия одних факторов часто зависит от других. Например, в мороз животные погибают при отсутствии пищи и легче переносят холод, когда пищи достаточно. Жара меньше воздействует на человека при низкой влажности, чем при высокой.

По отношению к любому фактору вид обладает определенным диапазоном устойчивости, или толерантности. Если фактор выходит за пределы толерантности, организм погибает. При значениях фактора, близких к пределам толерантности, организм может существовать лишь непродолжительное время. Примерно в средней части диа пазона устойчивости имеются условия наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста, размножения. Такие условия называют оптимальными или оптимумом. Итак, оптимум - условия, в которых особи данного вида оказываются наиболее приспособленными, а пессимум - условия, при которых жизнедеятельность организма максимально угнетается, не приводя к его гибели.

Схема зависимости между жизнедеятельностью вида и интенсивностью Фактора среды В зависимости от ширины диапазона устойчивости к тем или иным факторам организмы делятся на стенобионтов и эврибионтов. Стенобионт (от греческого stenos узкий)- организм, способный обитать в условиях устойчивого постоянства какого - либо фактора среды или группы взаимодействующих факторов. Эврибионт (от греческого eurys - широкий) - организм, способный существовать при широких изменениях факторов окружающей среды. Например, стенофаги имеют узкий спектр пищевых объектов (гиена, клест, змея-яйцеед), а эврифаги питаются разнообразной пищей (медведь бурый, крыса серая, ворона). Стенофагия связана с анатомическими, физиологическими и биохимическими адаптациями. Например, у змей -яйцеедов острые отростки позвонков выступают в просвет пищевода и разрушают скорлупу, проглоченного змеей яйца.

«Правило минимума» и ограничивающий фактор.

Любой фактор среды может ограничивать рост численности популяции.

Регулирующими факторами могут быть как абиотические, так и биотические факторы.

Фактор, который в наибольшей степени отличается от оптимального значения, будет приближаться к пределам толерантности или выходить за эти пределы. Если это средовой фактор, то даже при оптимальных значениях всех остальных факторов популяция будет угнетена или вовсе прекратит свое существование. Фактор, сильнее всего влияющий на популяцию, называется ограничивающим или лимитирующим. Это правило было сформулировано в 1840 году химиком, основоположником науки о минеральных удобре ниях Юстусом Либихом (1803-1873) и получил название закона минимума. Юстус Либих изучал влияние химических элементов, содержащихся в почве, на рост и развитие растений. Он сформулировал следующий принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Образно это положение помогает представить так называемая «бочка Либиха».

Дощечки, образующие боковую поверхность бочки, разной высоты. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Можно сказать, что длина этой доски - лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Понятие «лимитирующий фактор» применимо не только к различным элементам, но и ко всем экологическим факторам. Однако есть исключения из этого правила. Этот закон неприложим в случае взаимозаменяемых ресурсов: увеличение количества одного из них может компенсировать отсутствие другого.

3. Биотические факторы. Отношения между популяциями.

Биотическими факторами являются все формы взаимовлияния организмов друг на друга. Они могут быть благотворными, например, охрана и уход за потомством, совместная охота, симбиозы, или неблагоприятными (любые формы конкуренции).

Организмы могут действовать непосредственно на другой организм. Это такие отноше ния, как хищник - жертва, паразитизм.

Отдельные популяции в природном сообществе находятся в тесном взаимодействии друг с другом, поэтому так важно изучение популяционной динамики различных видов вместе. Рассмотрим наиболее частые формы отношений, возникающих между популяциями.

Если организмы находятся на одном трофическом уровне, то между ними часто возникает межвидовая конкуренция за пищу (иногда и за территорию). Со временем чередование последовательных идиоадаптаций может привести к тому, что каждый вид в пределах одного трофического уровня будет занимать свою нишу, и конкуренция будет сведена к минимуму. В других случаях может быть достигнуто равновесие, когда ни один из видов не будет развиваться столь же успешно, как в отсутствие конкурента. Наконец, может возникнуть ситуация, когда один из видов будет полностью подавлен другим;

в этом и заключается конкурентное исключение.

Антагонистические отношения между организмами не сводятся только к борьбе за пищевые ресурсы. Некоторые организмы (растения, грибы, бактерии) способны выделять в окружающую среду (например, в почву или в воздух) химические вещества (алколоиды, терпены), подавляющие развитие конкурентов. Способы подавления могут быть разными:

от простого растворения клеток до торможения биохимических процессов дыхания или синтеза аминокислот. Этот способ взаимодействия называется аллелопатией. Иногда вытеснение производится вследствие более интенсивного размножения или преимущественного потребления пищи.

Конкуренция (от латинского concurro - сбегаюсь, сталкиваюсь) -взаимоотношения между организмами одного и того же вида (внутривидовая) или разных видов (межвидовая), соревнующимися за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних. Конкурентное взаимодействие может касаться территории, пищи, света, убежищ. Приведем несколько примеров конкуренции между экологически близкими видами. В Европе в поселениях человека серая крыса вытеснила черную крысу, так как серая крыса крупнее и агрессивнее. В России рыжий таракан вытеснил черного таракана.

Рыжий таракан сумел лучше приспособиться к специфическим условиям человеческого жилища, благодаря более мелким размерам тела.

Межвидовую конкуренцию можно продемонстрировать на лабораторных опытах.

Русский ученый Г.Ф. Гаузе (1910 - 1986) изучал конкурентные отношения между двумя видами ресничных инфузорий и выяснил, что, если два вида в экосистеме имеют близкие потребности, численность одного из видов начнет снижаться, и он будет полностью вы теснен. Таким образом, был сформулирован закон конкурентного исключения или закон Гаузе: «Два вида не могут устойчиво существовать в ограниченном пространстве, если рост численности обоих лимитирован одним жизненно важным ресурсом, количество которого ограничено».

Хищничество - тип взаимодействий, при котором один вид уничтожает особей другого вида. Встречается также каннибализм (от испанского canibal - людоед) внутривидовое хищничество, поедание особей своего вида. Самки более склонны к каннибализму, чем самцы. Так, например, самки каракуртов и богомолов поедают самцов после спаривания. Отношения «хищник - жертва» складывались на протяжении всей эволюции жизни на нашей планете. Хищники играют важную роль в регулировании численности животных, хотя это, безусловно, и не единственный фактор. Среди растений также есть хищники, например, насекомоядные: росянка, венерина мухоловка, непентес, пузырчатка. Большинство растений-хищников растворяют свою жертву в «пищеварительном» соке, затем всасывают в свои ткани.

В природе часто встречается сожительство двух или более видов, которое в ряде случаев становится необходимым для обоих партнеров. Такое взаимоотношение организмов называется симбиозом. Симбиоз происходит от греческого symbiosis совместная жизнь. Термин предложен А. Де Барии в 1879 году. Симбиоз может быть между двумя видами животных, между двумя видами растений, между животным, растением и микроорганизмами, между растением и животным. Выделяют две разновидности симбиоза. Мутулизм - тесные взаимовыгодные отношения. Иногда этот термин используется вместо термина симбиоз. Такие взаимоотношения сложились, напри мер, между узкоспециализированными к опылению растениями (дурман, клевер, орхидея, юкка) с опыляющими их видами насекомых (шмель, юкковая моль). Классический пример мутуализма - микориза. Микориза - симбиоз мицелия гриба и корней высшего растения (подберезовик - береза). Гетеротрофный гриб получает от корневой системы органические вещества, а дереву отдает воду и минеральные вещества через мицелий.

Комменсализм - симбиотические взаимоотношения, при которых один вид получает какое либо преимущество, не принося другому ни вреда, ни пользы. Комменсализм бывает трех видов:

- «нахлебничество» - потребление остатков пищи после других видов, например, лев и гиена, акула и рыба-прилипала.

- «сотрапезничество» - потребление разных веществ или частей одной и той же пищи. Примером служат взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов.

- «квартиранство» - использование одними видами других (их тел, их жилищ) в качестве убежища или жилища. В гнездах птиц, норах грызунов обитает большое количество насекомых.

Паразитизм (от греческого parasitos - нахлебник) представляет форму взаимоотношений, при которой организм одного вида использует организм другого вида как источник питания и среду обитания. Паразит обычно приносит вред хозяину, но к гибели не приводит. Форма паразитизма разнообразна. По степени необходимости для вида вести паразитический образ жизни выделяют факультативных и облигатных паразитов. Факультативные паразиты - это организмы, способные вести свободный образ жизни, и лишь случайно попадая в организм особи другого вида, сохраняют жизнеспособность, становясь при этом паразитами. Факультативными паразитами могут быть личинки комнатной мухи, попадающие в кишечник человека вместе с продуктами.

Облигатные паразиты - это организмы, для которых паразитический образ жизни является обязательным. Например, печеночный сосальщик, кошачья двуустка. На основании пространственных взаимоотношений паразита и хозяина различают эктопаразитов и эндопаразитов. Эктопаразиты обитают и питаются на покровах хозяина.

К ним можно отнести комаров, вшей, блох. Эндопаразиты живут в полостях или тканях тела хозяина. К типичным представителям полостных паразитов можно отнести лошадиную, свиную, человеческую аскариды (тип круглые черви). К эндопаразитам относятся малярийный плазмодий, дизентерийная амеба, эхинококк. В организме представителей паразитических видов также могут обитать паразиты. Это явление носит название сверхпаразитизма.

В процессе эволюции паразитирующие виды претерпели ряд морфофункциональных изменений. У паразитов в результате естественного отбора развились многочисленные приспособления, способствующие добыванию пищи или удержанию в организме хозяина:

присоски, крючки и т.п. У подавляющего большинства паразитов хорошо развита половая система, в то время как другие системы (нервная, кровеносная, дыхательная) могут быть редуцированы. Высокая плодовитость паразитов увеличивает вероятность их контакта с организмом - хозяином, что способствует выживанию и процветанию вида.

Если два вида не влияют друг на друга, то имеет место нейтрализм. В природе нейтрализм встречается очень редко.

Межвидовые связи в живой природе бесконечно разнообразны.

3. Взаимосвязи в экологических системах. Пищевые цепи и экологические пирамиды.

Из разнообразных связей между организмами наиболее важное значение имеют трофические (от греческого trophe- пища, питание) связи. Благодаря пищевым связям происходит непрерывный вещественно-энергетический обмен между живым и неживым веществом природы. Солнце - единственный источник энергии, за счет которой существуют все организмы. Лишь зеленые растения и немногочисленные виды бактерий способны превращать солнечную энергию в энергию химических связей органического вещества. Такие организмы выделяют в самостоятельную группу и называют автотрофами (от греческого autos- сам) или продуцентами, т.е. производителями органического вещества. На суше большая часть автотрофов - это крупные растения, а в водных экосистемах - это мелкие одноклеточные водоросли, составляющие фитопланктон. Все остальные организмы относятся к гетеротрофам (от греческого heteros -иной, другой, разный), питающимся готовыми органическими веществами. Все животные являются гетеротрофами. Гетеротрофы делятся на консументы (потребители) и редуценты (разрушители). Консументы - это главным образом животные, поедающие другие организмы. Редуценты представлены бактериями и грибами, питаются мертвым органическим веществом и подвергают его минерализации. Итак, внутри экосистемы автотрофы служат источником энергии для гетеротрофов.

Пример трофической цепи:

клевер коровачеловек.

Последовательность организмов, связанных между собой отношением пища потребитель, через которую передается энергия, называется пищевой цепью. Каждое звено этой цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, или их еще называют первичными продуцентами. Организмы второго трофического уровня называются первичными консументами, третьего трофического уровня - вторичными консументами и так далее. Обычно трофическая цепь состоит из четырех или пяти трофических уровней, реже из шести. Первичные консументы - это травоядные животные. Типичными травоядными являются многие насекомые, рептилии, птицы, млекопитающие. Наиболее обширные группы травоядных из млекопитающих - это представители отрядов грызунов и парно- и непарнокопытных. В пресноводных и морских экосистемах травоядные формы представлены различными видами типа моллюсков и класса ракообразных. Вторичные консументы питаются траво ядными, их еще называют плотоядными животными. Консументы второго и третьего уровня могут быть хищниками, могут питаться падалью или быть паразитами. В типичных пищевых цепях хищников плотоядные животные крупнее на каждом следующем трофическом уровне:

одуванчикбабочк паук землеройка сова Существует два главных типа трофических цепей: пастбищные и детритные. Термин «пастбищные» используется в широком смысле и включает все организмы, питающиеся растениями. Примеры пастбищных цепей рассмотрены выше.

В детритной пищевой цепи первый трофический уровень представлен детритом.

Детрит (от латинского detritus - истертый) - остатки частично разложившегося органического материала с содержащимися в нем микроорганизмами (грибами и бактериями). Общая схема детритной цепи: детрит - детритофаг - хищник. Детритофаги организмы, питающиеся детритом. К детритофагам относятся дождевые черви, мокрицы, клещи, ногохвостки, нематоды, черви - энхитреиды.

Пример детритной пищевой цепи леса:

Листовая подстилка дождевой червь черный дрозд ястреб-перепелятник Мертвое животное личинки мух травяная лягушка обыкновенный уж Трофические цепи почти никогда не бывают изолированными. Например, травоядные животные питаются несколькими видами растений и сами служат пищей не скольким видам консументов. Практически все пищевые цепи соединены между собой и образуют сложную сеть пищевых взаимоотношений. Пищевые сети служат основой для построения экологических пирамид.

Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме удобнее использовать экологические пирамиды. По Ю. Одуму, «экологическая пирамида, представляющая собой трофическую структуру, основанием которой служит уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды, может быть трех основных типов: 1) пирамида чисел, отражающая численность отдельных организмов;

2) пирамида биомассы, характеризующая общий сухой вес;

3) пирамида энергии, показывающая величину потока энергии и (или) «продуктивность» на последовательных трофических уровнях».

Экологическая пирамида имеет вид треугольника, так как показывает количественные соотношения отдельных уровней. При переходе энергии с одного трофического уровня на другой происходит ее потеря. Доказано, что на любой трофический уровень поступает около 10% энергии предыдущего уровня. По этой причине на каждом последующем уровне число особей прогрессивно уменьшается. Из 1000 кг растений образуется в среднем 100 кг травоядных животных. Хищники, поедающие травоядных, могут синтезировать из этого количества 10 кг своей биомассы, а вторичные хищники - примерно 1кг. Поедание одних организмов другими обычно не нарушает сложившихся взаимосвязей. Между хищниками и жертвами устанавливается определенное равновесие.

Простейшими из них являются пирамиды численности, которые отражают количество организмов (отдельных особей) на каждом трофическом уровне. Для удобства анализа эти количества отображаются прямоугольниками, длина которых пропорциональна количеству организмов, обитающих в изучаемой экосистеме, либо логарифму этого количества. Часто пирамиды численности строят в расчте на единицу площади (в наземных экосистемах) или объма (в водных экосистемах).

В пирамидах численности дерево и колосок учитываются одинаково, несмотря на их различную массу. Поэтому более удобно использовать пирамиды биомассы, которые рассчитываются не по количеству особей на каждом трофическом уровне, а по их суммарной массе. Построение пирамид биомассы – более сложный и длительный процесс.

Пирамиды биомассы не отражают энергетической значимости организмов и не учитывают скорость потребления биомассы. Это может приводить к аномалиям в виде переврнутых пирамид. Выходом из положения является построение наиболее сложных пирамид – пирамид энергии. Они показывают количество энергии, прошедшее через каждый трофический уровень экосистемы за определнный промежуток времени (например, за год – чтобы учесть сезонные колебания). В основание пирамиды энергии часто добавляют прямоугольник, показывающий приток солнечной энергии. Пирамиды энергии позволяют сравнивать энергетическую значимость популяций внутри экосистемы. Так, доля энергии, проходящей через почвенных бактерий, несмотря на их ничтожную биомассу, может составлять десятки процентов от общего потока энергии, проходящего через первичных консументов.

Органическое вещество, производимое автотрофами, называется первичной продукцией. Скорость накопления энергии первичными продуцентами называется валовой первичной продуктивностью, а скорость накопления органических веществ – чистой первичной продуктивностью. ВПП примерно на 20 % выше, чем ЧПП, так как часть энергии растения тратят на дыхание. Всего растения усваивают около процента солнечной энергии, поглощнной ими.

При поедании одних организмов другими вещество и пища переходят на следующий трофический уровень. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофами, называется вторичной продукцией. Поскольку гетеротрофы дышат и выделяют непереваренные остатки, в каждом звене часть энергии теряется. Это накладывает существенное ограничение на длину пищевых цепей;

количество звеньев в них редко бывает больше 6. Отметим, что эффективность переноса энергии от одних организмов к другим значительно выше, чем эффективность производства первичной продукции. Средняя эффективность переноса энергии от растения к животному составляет около 10 %, а от животного к животному – 20 %. Обычно растительная пища энергетически менее ценна, так как в ней содержится большое количество целлюлозы и древесины, не перевариваемых большинством животных.

Изучение продуктивности экосистем важно для их рационального использования.

Эффективность экосистем может быть повышена за счт повышения урожайности, уменьшения помех со стороны других организмов (например, сорняков по отношению к сельскохозяйственным культурам), использования культур, более приспобленных к условиям данной экосистемы. По отношению к животным необходимо знать максимальный уровень добычи (то есть количество особей, которые можно изъять из популяции за определнный промежуток времени без ущерба для е дальнейшей продуктивности).

Лекция 10. Экология сообществ и популяций 1. Популяции в экологических системах. Динамика популяций Популяция - это совокупность организмов одного вида, обладающих общим генофондом и занимающих определенную территорию. Важнейшее свойство популяций самовоспроизводство. К экологическим характеристикам популяции относятся ареал обитания, возрастная и половая структуры, плотность, генетическая приспособленность популяции.

Плотность популяции - это численность или биомасса особей, приходящаяся на единицу площади или объема жизненного пространства. Численность популяции зависит от соотношения рождаемости и смертности. Одним из показателей размножения является плодовитость. Плодовитость - число потомков от одной женской особи. Говоря о млекопитающих, пользуются термином рождаемость. Рождаемость определяется числом потомков, производимых одной женской особью за год. Когда жизнь популяции протекает в благоприятных условиях с отсутствием факторов, ограничивающих доступность используемых популяцией ресурсов, рождаемость повышается, достигая максимума. Обычно рождаемость ниже максимальной, она соответствует сложившимся экологическим условиям и поэтому называется экологической. Возрастную структуру популяции характеризует общее число представленных в ней возрастных групп и соотношение их численности, или биомассы. Возрастной спектр связан с интенсивностью смертности организмов. Возрастная структура популяции может изменяться под действием внешних факторов, так как они контролируют процессы рождаемости и смертности. По возрастному спектру оцениваются способность популяции к самоподдержанию и ее устойчивость к внешним воздействиям. Чем сложнее возрастной спектр, тем устойчивее воспроизводство популяции.

Раздел экологии, изучающий внутривидовую организацию, называется популяционной экологией. Если изучаются популяции человека, то такой раздел науки называется демографией.

Размеры популяции могут возрастать в результате размножения особей и их иммиграции из других популяций. Главным показателем скорости размножения является плодовитость, которая равна среднему количеству потомков одной женской особи за определнный промежуток времени. У млекопитающих плодовитость называется рождаемостью. Рождаемость человека не очень высока в экономически развитых странах и примерно вдвое выше в развивающихся странах с недостаточным уровнем контроля за рождаемостью.

Размеры популяции могут уменьшатся в результате эмиграции и смертности.

Смертность – среднее число смертей в популяции в год (в процентах либо на тысячу особей). Человеческая смертность самая низкая в развитых странах с высоким уровнем медицинского обслуживания. Смертность - это показатель, характеризующий скорость процесса снижения численности популяции.

Рождаемость (в год Смертность (в год Материк на 1000 чел.) на 1000 чел.) Европа 14 Азия 29 Африка 46 США и Канада 16 Латинская Америка 32 Австралия 16 Рождаемость и смертность человека в различных регионах Учным, исследующим динамику популяций, важно бывает знать не только общую смертность в популяции, но и количество особей, погибающих до достижения половой зрелости. Условием стабильности популяции является тот факт, что до половой зрелости доживают два потомка от каждой пары. Динамику смертности популяции в зависимости от возраста отображают на кривых выживания. Существуют три основных типа этих кривых: когда главным фактором смертности является естественное старение особей (на рисунке эта кривая обозначена буквой А), когда в популяции высока ранняя смертность (Б) и, наконец, когда смертность постоянна в течении всей жизни организмов (В). Кривые выживания конкретных видов могут занимать промежуточные положения между этими крайними формами.

Если рождаемость в изолированной популяции превышает смертность, то популяция растт. В начале роста кривая роста популяции – это экспонента. Однако рано или поздно питательные запасы в окружающей среде исчерпываются. В одних популяциях уменьшение количества питательных веществ начинает воздействовать на динамику роста загодя, и кривая роста приобретает S-образную форму. В других популяциях бесконтрольный рост численности заходит слишком далеко, после чего происходит катастрофический «обвал» численности, связанный с истощением ресурсов (J-образная форма). Рост популяций на первой (экспоненциальной) фазе можно приближнно описать дифференциальным уравнением где N (t) – количество особей в зависимости от времени, b – рождаемость, d – смертность, а r = b – d – врожднная скорость роста численности популяции.

Дифференциальным уравнением можно описать и S-образную кривую:

Здесь K – это максимальный размер стабильной популяции, которая может существовать неопределнно долго, если не изменятся внешние условия. Заметим, что дифференциальные уравнения роста – приблизительные уравнения, так как они не учитывают различия между особями, сезонные колебания количества пищи и способности к размножению и т. п.

Типы кривой выживания Рождаемость и смертность в различных странах K- и r-стратегии популяций Виды, которые быстро размножаются со скоростью, не зависящей от плотности вида, называют r-стратегами. Размеры r-популяций не стабилизируются и в течение некоторого времени могут превышать поддерживающую мкость среды. Как правило, r-стратеги имеют небольшие размеры и малую продолжительность жизни. Среди них много микроорганизмов, мелких насекомых и однолетних растений. Обычно r-стратеги быстрее заселяют новые местообитания, однако через некоторое время их вытесняют более конкурентноспособные K-стратеги.

K-стратеги размножаются относительно медленно. Скорость их размножения зависит от плотности популяции. Численность популяций K-стратегов через некоторое время стабилизируется на определенном значении. Среди K-стратегов обычно встречаются крупные и долгоживущие виды: деревья, крупные птицы и звери, человек.

Рост численности населения земного шара Численность популяции может изменяться также в результате изменения внешних условий среды, например, из-за появления большого количества хищников или нехватки пищи. Существуют также внутренние факторы, «сдерживающие» рождаемость;

наиболее хорошо изученными из них являются территориальное поведение (защита гнездовой территории от вторжения особей того же вида) и действие перенаселнности, заключающееся в резком уменьшении плодовитости и уменьшении степени заботы о потомстве.

Причиной массовых вспышек рождаемости в популяциях являются, как правило, погодные факторы. В последнее время к числу причин добавилась деятельность человека.

Часто популяции при помощи механизма обратных связей способны регулировать свою численность с тем, чтобы она не превысила предел, за которым наступит катастрофа. Так, гусеницы некоторых бабочек массово гибнут, если выходят из яиц до окончания холодов (когда они погибают от переохлаждения) либо через длительное время после распускания листьев (тогда они погибают от голода). Если гусеницы появляются вовремя, то популяции грозит перенаселение;

в это время в действие вступает второй лимитирующий фактор – например, хищники или паразиты. В данном случае действие регулирующего фактора зависит от плотности популяции.

Ещ один часто встречающийся способ регуляции численности популяции – расселение части популяции за пределы местообитания. Если большое количество особей переселяется в одном направлении, то это расселение приобретает характер миграции.

2. Понятие экосистем. Совместное действие экологических факторов. Динамика природных сообществ Экосистема - это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом.

Термин был введен английским экологом А. Тенсли в 1935 году. В 1986 году Ю.Одум выделил три группы природных экосистем. В основе подразделения лежат некоторые общие для них признаки: для наземных - тип растительности, для водных - физические свойства воды.

Выделение в ландшафте экосистем произвольно, так как в природе между ними четкие границы встречаются очень редко. Ни одна экосистема не существует изолированно, а только при условии единства и целостности биосферы.

Основные типы природных экосистем Наземные Пресноводные Морские 1.тундра 1. лотические (текущие воды): реки, 1. открытый океан (пеларгическая) ручьи.

2. тайга 2. прибрежные воды шельфа 3.

широколиственные 2. лентические (стоячие воды): озра, леса пруды, водохранилища.

4. степи 3. районы апвеллин (рыбопродуктивные) 5. пустыни 6. саванны 4. эстуарии (бухты, устья рек, лиманы) 7. тропические 3. заболоченные угодья (болота, дождевые леса. болотистые леса) 5. глубоководные рифтовые зоны 3. Природа сообщества и биоценоза. Изменение биоценозов во времени.

Типы и формы сукцессии, климаксы. Стабильность и устойчивость экосистем.

Термин биогеоценоз был предложен В.Н. Сукачевым в 1944 году. Под биогеоценозом понимают сообщество растений, животных, микроорганизмов на определенном участке земной поверхности с его микроклиматом, геологическим строением, ландшафтом, почвой, водным режимом.

Сообщество - это совокупность взаимодействующих популяций, занимающих определенную территорию и образующих экологическое единство.

Структура сообщества создается постепенно в течение определенного времени.

Примером модели развития сообщества может служить заселение организмами недавно образовавшегося вулканического острова. Голую скальную породу могут заселить водоросли и лишайники.

Эти низшие растения образуют пионерное сообщество. Эрозия горной породы в результате выветривания и жизнедеятельности пионерных растений и накопление отмерших организмов приводят к образованию слоя почвы. Это в свою очередь способствует поселению более крупных растений, а именно мхов и папоротников. За папоротниками последуют семенные растения (травы, кустарники и деревья). Смена одних видов другими за некоторый период времени называется экологической сукцессией.

Завершающее сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой, называется климаксным сообществом.

Впервые теория сукцессии была разработана Клементсом в 1916 году. Он изучал сообщества в Северной Америке и пришел к выводу, что основным фактором, определяющим состав климаксного сообщества, является климат. По представлениям Клементса, в определенных климатических условиях может существовать только одно климаксное сообщество, которое называется климаксом. Клементе был сторонником концепции моноклимакса. Более современной является концепция поликлимакса.

Согласно этой теории климакс формируется под влиянием всех физических факторов, причем некоторые факторы могут доминировать, например топография, пожары, дренаж.

Растительные сообщества характеризуются разделением на ярусы. Ярусы горизонтальные слои, толщи, в которых располагаются надземные или подземные части растений. Ярусность особенно выражена в лесных фитоценозах. В них обычно выделяется 5- 6 ярусов. Первый ярус в лесном сообществе образуют деревья (клен, дуб, ясень, сосна).

Второй ярус составляют низкорослые деревья (яблоня, рябина, клен татарский). Третий ярус - это подлесок, состоящий из кустарников (шиповник, калина, снежноягодник).

Четвертый ярус - травянистые цветковые растения и кустарнички (малина, герань лесная, дудник). Под пологом высоких растений поселяются низкорослые теневыносливые и тенелюбивые виды (кислица, зеленчук желтый, ястребинка волосистая). В самом нижнем, пятом ярусе - мхи и лишайники. Шестой ярус - это лесная подстилка (опавшие листья, ве точки, остатки растений). Подземная ярусность является зеркальным отражением надземной. Ярусное строение фитоциноза дает растениям возможность более полно использовать ресурсы среды (свет, воду, минеральные вещества). Конкуренция разноярусных растений уменьшается, что способствует увеличению видового разнообразия.

Зооценоз связан с фитоценозом и также распределен по ярусам. Например, по типу гнездования птицы делятся на гнездящихся на поверхности земли, в траве, в дуплах деревьев, в кронах кустарников и деревьев. В каждом ярусе все живые организмы взаимосвязаны, и эта связь горизонтального типа внутри биогеоценозов носит название синузии. Рассмотрение видового состава биогеоценозов позволило выявить среди населяющих их живых организмов следующие.

- Эдификаторы - виды, которые играют роль основоположников сообщества, то есть, начавшие освоение данной территории и создавшие условия для формирования трофической цепи.

Доминанты - виды, преобладающие в данном биогеоценозе и имеющие наибольшую численность и плотность популяции.

- Предоминанты - виды, живущие за счет доминантов, включая внутривидовые и межвидовые отношения (паразитизм, симбиоз, мутуализм) и отношения по пищевым цепям.

Биогеоценозы формируются в процессе эволюции и в результате адаптации организмов друг к другу и к окружающей среде. Благодаря саморегуляции биогеоценозы характеризуются относительной устойчивостью.

Своеобразные биогеоценозы развиваются в результате деятельности человека. К их числу можно отнести агроценозы (искусственные луга, поля, сады), мегаполисы и т. п.

Искусственные биогеоценозы требуют неустанного вмешательства человека для поддержания их в стабильном состоянии. Значительная часть питательных веществ в них выносится за пределы экосистемы, и естественный круговорот веществ не осуществляется. Поэтому в ходе сельскохозяйственных работ необходимо внесение минеральных удобрений и дополнительных органических веществ (перегной, навоз, торф).

Агроценоз или агробиоценоз (от греческого agros- поле) - это совокупность организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений. В связи с тем, что агроценозы включают в себя небольшое количество видов, саморегуляция в них осуществляется слабо. Это требует активной заботы о них со стороны человека. Для борьбы с сорняками и вредителями применяют химические средства защиты (гербециды, инсектициды). Однако химикаты влияют не только на сорняки и вредителей, но и на другие растения и животных.

Интенсивная обработка почвы приводит к разрушению ее структуры. В приподных биогеоценозах отмершие организмы разлагаются на месте, а минеральные и органические вещества, входящие в их состав, возвращаются в почву. В агроценозах урожай убирается, это приводит к обеднению почвы. Для обогащения используют удобрения, не безразлич ные для окружающей среды. Например, попадая в водоемы, удобрения способствуют интенсивному развитию синезеленых водорослей, что способствует гибели других организмов.

Для предотвращения нежелательных последствий хозяйственной деятельности разработан ряд мероприятий: соблюдение севооборотов, выращивание многолетних кормовых трав, применение безотвальной вспашки, применение биологических методов борьбы с вредителями и сорняками.

Лекция 11. Человек и биосфера 1. Основные компоненты и структура биосферы. Границы биосферы.

Круговорот веществ в природе. Глобальная экологическая пирамида.

Биогенез.

Биосфера - это глобальная экосистема. В эру научно-технического прогресса особое значение приобретают знания о жизненных процессах на Земле в целом. Важную роль в этих процессах играют живые организмы. За миллиарды лет, прошедшие с момента образования нашей планеты, они наполнили атмосферу кислородом и азотом, очистили е от углекислого газа, сформировали отложения известняка, нефти, природного газа. В процессе эволюции на Земле образовалась особая оболочка – биосфера (греч. bios «жизнь»). Термин «биосфера» ввел австрийский геолог Эдуард Зюсс (1831 - 1914) в году. Современная концепция биосферы связана с именем академика В.И. Вернадского (1863- 1945). В основе учения Вернадского лежат представления о планетарной геохимической роли живого вещества и о самоорганизованности биосферы. Биосфера, по Вернадскому, – земная оболочка, область существования живого вещества. Она включает в себя не только живые организмы, но и изменнную ими среду обитания (кислород в атмосфере, горные породы органического происхождения и т.п.).


Биосфера является одной из геологических оболочек Земли или геосфер. На Земле также различают литосферу – тврдую наружную оболочку Земли, состоящую из осадочных пород и расположенных под ними гранитов и базальтов, гидросферу, включающую в себя все океаны, моря, озра и реки, и атмосферу – газовую оболочку Земли. В состав биосферы входят верхние слои литосферы, нижний слой атмосферы (тропосфера) и вся гидросфера, связанные между собой сложными круговоротами веществ и энергии. Нижний предел жизни на Земле (до глубины 3 км) ограничен высокой температурой земных недр, верхний предел (20 км) – жстким излучением ультрафиолетовых лучей (вс, что находится на высоте ниже 20 км, защищено от губительного излучения двадцатикилометровым озоновым слоем). Тем не менее, на границах биосферы можно найти, в основном, лишь микроорганизмы (обычно в виде спор);

наибольшая же концентрация биомассы наблюдается у поверхности суши и океана, в местах соприкосновения оболочек. Организмы, составляющие биосферу, обладают поразительной способностью к размножению и распространению по планете.

Геосферы Земли Совокупная биомасса Земли составляет примерно 2,4 · 1012 т (около 0,01 % массы всей биосферы). 97 % из этого количества занимают растения, 3 % – животные. В настоящее время на Земле известно несколько миллионов видов живых организмов.

В учении о биосфере выделяют следующие основные подходы:

- энергетический (связь биосферных явлений с космическим излучением (прежде всего, излучением Солнца) и радиоактивными процессами в недрах Земли);

- биогеохимический (роль живого в распределении атомов в биосфере);

- информационный (принципы организации и управления в живой природе);

- пространственно-временной (формирование и эволюция различных структур биосферы);

- ноосферный (глобальные аспекты воздействия человека на окружающую среду).

Биосфера играет важную роль в распределении энергетических потоков на Земле. В год до Земли доходит около 1024 Дж солнечной энергии;

42 % из не отражается обратно в космос, а остальное поглощается. Другим источником энергии является тепло земных недр. 20 % энергии переизлучается в мировое пространство в виде тепла, 10 % расходуется на испарение воды с поверхности Мирового океана. Зелные растения преобразуют в процессе фотосинтеза около 1022 Дж в год, поглощают 1,7 · 108 т CO2, выделяют около 11,5 · 107 т кислорода и испаряют 1,6 · 1013 т воды. Исчезновение растений привело бы к катастрофическому накоплению углекислоты в атмосфере, и через сотню лет жизнь на Земле в е нынешних проявлениях погибла бы. Наряду с фотосинтезом в биосфере происходит почти такое же по масштабам окисление органических веществ в процессах дыхания и разложения.

В организмах содержатся все известные сегодня химические элементы. Если некоторые из них (водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие) являются основой жизни, то другие (рубидий, платина, уран) имеются в организмах в очень малых количествах. Организмы участвуют в миграции химических элементов как прямо (выделение кислорода в атмосферу, окисление и восстановление различных веществ в почвах и гидросфере), так и косвенно (восстановление сульфатов, окисление соединений железа, марганца и других элементов). Биогенная миграция атомов вызвана тремя основными процессами: обменом веществ, ростом и размножением организмов.

Огромную роль в биогеохимической активности играет человек, извлекая ежедневно в ходе добычи полезных ископаемых миллиарды тонн горной породы. Влияние человека на глобальные геохимические процессы с каждым годом только растт.

Биосфера включает в себя:

- живое вещество, то есть совокупность всех живых организмов -биомассу;

- биогенное вещество, состоящее из органно-минеральных или органических продуктов, образованных живым веществом (нефть, каменный уголь, торф);

- биокосное вещество, созданное живыми организмами вместе с неживой (косной) природой (атмосферой, водой, горными породами) - почвенный покров.

Главный компонент биосферы -это живое вещество, «...на земной поверхности нет химической силы более постоянно действующей, а потому и более могущественной по своим конечным последствиям, чем живые организмы, взятые в целом»,- писал В.И.

Вернадский.

Все компоненты биосферы взаимодействуют между собой, составляя целостную, сложно организованную систему. Жизнь, возникшая на Земле, повлияла на геологические процессы планеты. Постепенно размеры преобразований, осуществляемых живым веществом, достигли планетарных масштабов. Например, в результате жизнедеятельности зеленых растений, а именно в результате фотосинтеза, в атмосфере появился кислород.

Новый газовый состав атмосферы дал возможность развитию других организмов. На современной планете живое вещество представлено организмами разных видов. Самый многочисленный класс на Земле - это насекомые, их почти 1 миллион видов. Позвоночные составляют всего 2% видов от всех животных планеты. Живое вещество представлено организмами различных размеров. Самые крупные - это водные млекопитающие - киты, из них - синий кит. Отдельные экземпляры достигают в длину до 33 метров, масса их достигает 150 тонн (это масса 40 слонов!). К высочайшим деревьям относится секвойя вечнозеленая, высота ее отдельных видов достигает 115 метров.

Живое вещество распределено на планете неравномерно. Несмотря на то, что океан занимает 70,2% всей поверхности Земли, в океане сосредоточено всего 0,13 % от всего количества биомассы. В зеленых растениях сосредоточено 99% биомассы и лишь 1% составляют животные и микроорганизмы. Суммарная биомасса живого вещества составляет 2,4232x1012 т.

Границы биосферы определяются наличием пригодных для организмов абиотических условий. В.И. Вернадский определил биосферу как термодинамическую оболочку с температурой от +50°С до - 50°С и давлением около 1 атм. Эти условия составляют границы жизни для большинства организмов. Верхняя граница биосферы - км над уровнем моря, нижняя граница - 10 км в океане, а в литосфере - до 4-5 км.

К биосфере относят, прежде всего, те участки планеты, где есть условия не только для выживания, но и для размножения живых существ:

- достаточное количество в атмосфере кислорода и углекислого газа;

- достаточное количество жидкой воды, а не льда или пара;

-благоприятные температуры: не слишком высокие, чтобы не свертывался белок, и не слишком низкие, чтобы нормально работали ферменты;

- прожиточный минимум минеральных веществ. Свойства живого вещества в биосфере:

- живое вещество биосферы характеризуется заключенной в нем огромной энергией, способной производить работу;

- высокая скорость протекания биохимических реакций благодаря участию ферментов;

- химические соединения, входящие в состав живого вещества (белки, нуклеиновые кислоты), устойчивы только в живых организмах;

- живое вещество обладает подвижностью;

- меняется в процессе эволюции, что позволяет адаптироваться к меняющимся условиям существования.

Функции живого вещества в биосфере:

1) Газовая. Осуществляется зелеными растениями, которые в процессе фотосинтеза выделяют кислород. Состав атмосферы пополняется также и в результате дыхания всех живых существ на планете.

Газовая функция обуславливает миграцию газов и их превращение, обеспечивая газовый состав биосферы.

2) Концентрационная функция связана с накоплением в живом веществе химических элементов (углерода, водорода, азота, кремния, фосфора, хлора, серы, алюминия, железа, магния). Отдельные виды являются специфическими концентраторами некоторых элементов: ряд морских водорослей накапливают в своих тканях йод, диатомовые водоросли, хвощи и злаки - кремний, моллюски и ракообразные - медь. После отмирания и минерализации живых организмов накопленные вещества переходят в окружающую среду.

3) Окислительно-восстановительная функция выражается в окислении веществ в процессе жизнедеятельности организмов. Эти продукты накапливаются в почве и гидросфере.


4) Деструкционная функция обуславливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти.

5) Энергетическая функция заключается в осуществлении связи биосферно планетарных явлений с космическим излучением, преимущественно с солнечной радиацией. Фотосинтетическая деятельность зеленых растений лежит в основе этой функции. В процессе фотосинтеза происходит аккумуляция солнечной энергии и ее перераспределение по трофическим звеньям. За счет накопленной солнечной энергии возможна жизнь на Земле.

2. Биосфера и человек. Понятие ноосферы. Последствия антропогенного воздействия на природу.

Антропогенные факторы воздействия на биосферу. Значительные изменения биосфера претерпела с момента появления человека. Бурное развитие промышленности, науки и техники за несколько столетий – геологически ничтожный отрезок времени – способствовало значительному ускорению миграции атомов. Человек создал тысячи новых пород и сортов, истребил многие виды диких животных и растений, извлк из земной коры миллиарды тонн полезных ископаемых;

в результате его деятельности образовались новые озра – водохранилища – и искусственные реки – каналы, на огромных площадях природные экосистемы сменились искусственными. Деятельность человечества, ничтожного по своей биомассе, оказывает влияние на состав земных океанов и атмосферы. Сейчас уже можно сказать, что человек, овладев громадной энергией, сам является мощнейшим фактором эволюции биосферы. Владимир Вернадский предполагал, что человечество должно создать новую оболочку Земли – ноосферу (греч.

noos - «разум»), рассматриваемую в качестве некого мыслящего пласта над биосферой.

Человечество не всегда разумно использовало находящиеся в его распоряжении ресурсы. Не зная многих закономерностей природы, человек часто не представляет последствий своей «победы» над природой. Некоторые государства древнего мира исчезли с лица земли в результате хищнического отношения к природе: истощения почв и вырубки лесов. Вырубка лесов вызывает иссушение и эрозию почвы, приводит к увеличению количества наводнений и селевых потоков в горах, сказываются на местном и глобальном климате.

Деятельность человека приводит к сокращению запасов чистой воды. Промышленные предприятия сбрасывают сточные воды зачастую без должной очистки, загрязняя окружающие водомы токсичными химическими соединениями. Гидроэлектростанции и плотины мешают нормальной миграции речных рыб. Двигатели внутреннего сгорания в автотранспорте, заводы, тепловые электростанции выделяют в атмосферу вредные вещества. Появление новых городов и накопление промышленных отвалов уменьшает площадь лесов и лугов, поддерживающих концентрацию кислорода в атмосфере на необходимом для жизни уровне. Безответственное использование атомной энергии приводит к загрязнению окружающей среды радиоактивными веществами, вызывающими раковые заболевания.

Увеличение численности населения земного шара (в настоящее время на Земле проживает уже более шести миллиардов человек) может в ближайшее время привести к обострению продовольственной проблемы. В докладах Римского клуба – международной организации, занимающейся исследованием глобальных проблем, затрагивающих сами основы существования человека, – прогнозируется кризис энергетических и пищевых ресурсов уже в середине XXI века.

Одна из задач биологии – обеспечить человечество питанием. В настоящее время для этого проводятся разнообразные исследования по увеличению продуктивности существующих агроценозов, выведению новых пород животных и сортов растений, использованию морских плантаций в сельском хозяйстве, применению последних достижений генной инженерии и микробиологии.

Полты человека в космос привели к созданию новой отрасли биологии – космической биологии. Помимо исследования возможной жизни на других планетах и в открытом космосе перед этой наукой ставится много проблем прикладного характера:

обеспечение человека условиями, необходимыми для жизни в космосе, защита от радиации, проблема приспособления человеческого организма к невесомости и малой подвижности. Многие из этих проблем уже решены.

Предупреждая о возможных последствиях расширяющегося вторжения человека в природу, еще в середине XX века В.И. Вернадский писал: «Человек становится геологической силой, способной изменить лик Земли». В наше время антропогенное воздействие становится направляющей силой эволюции экологических систем. Ан тропогенное воздействие в основном сводится к четырем формам:

1) изменение структуры земной поверхности (распашка земель, осушение болот, вырубка лесов, выработка полезных ископаемых);

2) изменение круговоротов и баланса веществ (выбросы вредных веществ в атмосферу и гидросферу, размещение отходов производства в отвалах, на полигонах);

3) изменение энергетического баланса;

4) изменение состава биоты в результате истребления некоторых видов.

Загрязнение природной среды. Загрязнение - это внесение в среду нехарактерных для нее физических, химических или биологических агентов или превышения имеющегося естественного фона.

Десять главных загрязнителей биосферы и их влияние на живые организмы Загрязнитель Воздействие на окружающую среду и организм человека Диоксид угле- Образуется при сгорании всех видов топлива. Увеличение содержания в атмосфере рода (углекис- приводит к повышению температуры на Земле. Обусловливает «парниковый лый газ) эффект».

Оксид Образуется при неполном сгорании топлива. Может нарушить тепловой баланс углерода верхней атмосферы. Уменьшает содержание гемоглобина в крови.

(угарный газ) Сернистый газПобочный продукт химической промышленности, с дымом попадает в атмосферу.

Вызывает обострение респираторных заболеваний. Снижение урожайности в с/х.

Оксиды азота Поглощают свет, образуют фотохимические туманы - смоги. Способствуют чрезмерному разрастанию водной растительности.

Фосфаты Содержатся в удобрениях. Главный загрязнитель вод.

Радиация Выше допустимых доз приводит к злокачественным новообразованиям и генетическим мутациям и подавлению скорости ростовых процессов.

Фреоны Галогены, выделяющиеся из фреонов, могут взаимодействовать с озоном под (хлорфтормета воздействием ультрафиолетовых лучей. Это приводит к образованию «озоновых н) дыр».

Нефть Нефтяная пленка на воде препятствует газообмену между водой и воздухом, что приводит к гибели морских животных.

Ртуть Очень токсична. Не выводится из организма животных и человека. Отрицательно воздействует на нервную систему.

Метан Пропускает солнечный свет, но частично задерживает тепловое излучение, испускаемое поверхностью Земли, создат «парниковый эффект». За последние сто лет концентрация метана в атмосфере выросла на 100 %.

Фоновые концентрации данных загрязнителей во многих местах Земли уже превышены в десятки раз. Так, например, промышленность России выбрасывает в атмосферу в среднем 19,5 млн тонн загрязняющих веществ в год. На одного жителя РФ приходится около 342 кг атмосферных выбросов. Экологические проблемы биосферы.

Человечество изменило ход течения целого ряда процессов в биосфере, в том числе биохимических круговоротов и миграции ряда элементов. Экологи считают, что в настоящее время (хотя еще медленно) происходит качественная и количественная перестройка биосферы планеты. В ближайшее время человечеству необходимо решать следующие глобальные экологические проблемы:

1) Демографический взрыв. Человечество, используя достижения науки и техники, освободилось от давления лимитирующих факторов. Преобразуя естественную среду, люди создали условия для роста своей популяции. На протяжении многих тысячелетий рост численности населения Земного шара происходил достаточно медленно. Начиная с 15 века, темпы роста стали заметно нарастать. В XX веке произошел демографический взрыв. Численность населения Земли увеличилась в четыре раза и составила 6 миллиардов человек. Особенно бурный прирост наблюдался в слаборазвитых странах. По прогнозам ученых, к середине XXI века численность человечества достигнет 10 миллиардов, в то время как демографическая емкость планеты составляет от 1,5 до 3 миллиардов человек.

Демографическая емкость - это максимальная численность людей, сочетающаяся с достаточным обеспечением жизненными ресурсами и нормальным качеством среды.

2) «Парниковый эффект» - постепенное потепление климата на нашей планете в результате увеличения концентрации в атмосфере антропогенных примесей: диоксида углерода, метана, оксида азота, озона, фреонов. Большинство ученых считают, что из-за «парникового эффекта» температура на Земле к 2050 году может вырасти на 2-5 градусов.

Такое потепление приведет к повышению уровня мирового океана на 0,5-1,5 м. Ученые предполагают, что такой подъем уровня воды вызовет затопление 20% территории Бангладеш, пострадают почти все приморские города Китая.

3) Кислотные дожди, вызываемые главным образом оксидом серы и оксидами азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. Замечено, что от кислотных дождей страдают в большей степени хвойные породы. От кислотных осадков в различных регионах мира уже погибли леса, занимавшие площадь около 31 млн. га. Так, на территории Германии повреждено около 35% площади лесных массивов, а в Канаде погибли старейшие леса из бальзамической ели (их возраст составлял 300 лет!). От кислотных дождей страдают озера Земли. Многие озера Швеции, Канады, США полностью утратили признаки жизни. В озерных экосистемах увеличение кислотности вод (понижение рН) приводит к деградации не только популяций рыб, но и других гидробионтов. Шведские ученые описали эту последовательность: при рН= 6,0 гибнут ракообразные, моллюски;

при рН =5,9 - лосось, форель, плотва;

при рН = 5,8 насекомые, фито- и зоопланктон;

при рН = 5,6 - сиг, хариус;

при рН = 5,1 - окунь, щука;

при рН = 4,5 - угорь, голец. При дальнейшем понижении рН выживают некоторые насекомые и немногочисленные виды планктона. Далее наблюдается бурное развитие белого мха, а это говорит о том, что данный водоем стал биологически мертвым.

4) Истощение озонового слоя атмосферы. «Озоновые дыры» представляют собой значительные пространства в озоновом слое атмосферы на высоте 20 - 25 км с заметно пониженным (до 50% и более) содержанием озона. В начале 80-х годов XX века было отмечено значительное уменьшение содержания озона в атмосфере южного полюса Земного шара. Аналогичные явления отмечены и в Арктике, но размеры «озоновой дыры»

здесь почти в 2 раза меньше антарктической. По наиболее известной в настоящее время гипотезе и по данным международных экспедиций в Антарктиде предполагается, что основным фактором, ведущим к образованию «озоновых дыр», является наличие в атмосфере значительного количества хлорфторуглеродов (фреонов). Загрязнители типа фреонов катализируют процесс разложения озона, нарушая равновесие между озоном и кислородом в сторону уменьшения концентрации озона. Истощение озонового слоя в атмосфере приводит к увеличению потока ультрафиолетовых лучей на земную поверхность. По данным Всемирной организации здравоохранения, уменьшение содержания в атмосфере озона на 1% приводит к увеличению кожных раковых заболеваний у людей на 6%.

В настоящее время человечество стоит перед перспективой экологического кризиса.

В.И. Вернадский писал: « В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление».

Наша планета уникальна - на ней есть жизнь! Этот мир очень хрупок. Просто охранять природу от воздействия человека невозможно. Необходимы такие взаимоотношения человека с окружающим миром, которые можно было бы назвать научно обоснованным природопользованием. Развитие производства, потребление энергии, использование природных ресурсов не должны нарушать закономерностей, существующих в биосфере. Основными принципами рационального природопользования являются изучение, охрана, освоение и преобразование природной среды. Создание новых технологий должно сочетаться с экологической экспертизой. Проводимая экспертиза позволит избежать непредсказуемых последствий для биосферы.

3. Природные ресурсы и их использование. Охрана природы и среды обитания В настоящее время во всм мире возникла необходимость наладить разумное использование природных ресурсов. Нужна охрана атмосферы, водных ресурсов, почвы, живой природы. Во многих государствах уже приняты законы об охране природы;

промышленные, строительные и сельскохозяйственные учреждения обязаны учитывать баланс природных ресурсов и возможные последствия нарушения равновесия природных явлений. Созданы так называемые «красные книги» – списки редких и исчезающих видов животных и растений. Во всм мире появилось большое количество экологических организаций, занимающихся охраной окружающей среды;

наиболее известной среди них является «Greenpeace» («Гринпис»).

Важную роль в охране природы играют заповедники – территории (акватории), на которых в первозданном, естественном состоянии сохраняется весь их природный комплекс. На территории заповедников запрещена хозяйственная деятельность, доступ посторонних людей. В природных национальных парках, в отличие от заповедников, регулярно проводятся туристические экскурсии. Заповедники и национальные парки создаются, как правило, в местах с уникальными экологическими системами. В настоящее время в одной России больше 100 заповедников и национальных парков. Наиболее известные из них – Баргузинский, Ильменский, Астраханский, Лосиный остров, Кедровая Падь. Широко известны также Аскания-Нова на Украине, Беловежская Пуща в Беларуси.

Количество национальных парков в мире превысило 1200;

среди них Йеллоустонский, Гранд-Каньон, Маунт-Мак-Кинли (США), Олимп, Парнас (Греция), Комодо (Индонезия), Маунт-Кения (Кения), Серенгети, Килиманджаро (Танзания), Виктория-Фолс (Зимбабве), Крюгер (ЮАР), Тонгариро (Новая Зеландия) и многие другие.

Серьзной проблемой являются глобальные климатические изменения в биосфере.

Некоторые химические вещества (например, фреон), выбрасываемые в атмосферу, приводят к разрушению озонового слоя. В настоящее время над Антарктидой и некоторыми арктическими регионами постоянно существуют зоны, в которых озоновый слой либо значительно тоньше нормы, либо отсутствует вообще.

Какая-то доля солнечной радиации достигает поверхности Земли;

часть е переизлучается обратно в атмосферу уже в виде более длинноволнового инфракрасного излучения. Природный парниковый эффект обеспечивает поддержание температуры Земли примерно на 33° выше той, которая бы наблюдалась при его отсутствии. Выброс в атмосферу углекислоты и других газов, а также тврдых частиц вызывает техногенный парниковый эффект, в результате чего повышается среднегодовая температура воздуха.

Повышение температуры даже на несколько градусов может привести к таянию полярных льдов и затоплению океанических побережий, в том числе густонаселнных регионов Западной и Восточной Европы, Индостана, Южной Америки. Впрочем, 7 миллиардов тонн CO2 в год, выбрасываемых в воздух при сжигании топлива, – небольшая величина по сравнению с 200 миллиардами тонн диоксида углерода, образующегося естественным путм в процессах дыхания и гниения, а повышение средней температуры на 0,5 °C за последние сто лет можно объяснить и другими причинами (например, изменяющейся солнечной активностью). Тем не менее, глобальные климатические изменения, вызванные деятельностью человека, – это проблема, к исследованию которой необходимо подходить со всей ответственностью.

Задания для самостоятельной работы Задания:

1. Ознакомьтесь с содержанием лекции.

2. Сформулируйте контрольные вопросы, ответы на которые можно найти в тексте лекции. Запишите эти вопросы в тетради для самостоятельной работы. (Для каждой лекции не менее 9-10 вопросов).

3. Выделите в тексте лекций ответы на поставленные вами контрольные вопросы цветными фломастерами.



Pages:     | 1 | 2 ||
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.