Антоненко И.В. Мониторинг и охрана городских земель: Курс лекций

Подождите немного. Документ загружается.

Все живые организмы связаны между собой процессами обмена веще-

ством и энергией, т.е. пищевыми взаимоотношениями. В результате возни-

кают пищевые или трофические цепи. Трофическая цепь – это последова-

тельный перенос вещества и энергии от их источника – зеленого растения –

через ряд других организмов на более высоких трофических уровнях, т.е. пу-

тем поедания одних организмов другими.

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех групп

организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты или производители – это автотрофные организмы, произ-

водящие пищу, т.е. растения.

Консументы, т.е. потребители – это гетеротрофные организмы, глав-

ным образом животные, поедающие другие организмы. Их относят к группе

вторичных продуцентов. Различают

консументов первого порядка

(фитофагов)

(к ним относятся в основном растительноядные животные);

консументов второго порядка (зоофагов)

(к ним относятся плотоядные жи-

вотные, первичные хищники, питающиеся растительноядными организмами)

консументов третьего порядка

(к ним относятся хищники, которые пи-

таются плотоядными животными, а также различные животные, ведущие па-

разитический образ жизни).

Третья группа, обеспечивающая в экосистеме функционирование био-

ценоза – организмы, разлагающие отходы жизнедеятельности и отмершие

организмы до минеральных веществ –

редуценты

. К ним относятся грибы,

бактерии, беспозвоночные. Минеральные вещества и диоксид углерода, об-

разующиеся при деятельности редуцентов, опять поступают в воду, воздух и

почву, а затем – в распоряжение продуцентов

Все организмы, выполняющие в экосистеме одинаковые трофические

функции, составляют определенный трофический уровень. Общая закономер-

ность трофических цепей состоит в том, что в начале цепи всегда находятся

растения, а в конце – хищники. С каждым звеном в цепи организмы становятся

крупнее, медленнее размножаются и имеют все меньше естественных врагов.

При переходе от уровня к уровню энергия, полученная в виде пищи, перерас-

пределяется по закону пирамиды энергии Р. Линдемана:

с одного трофического

уровня на другой передается в среднем не более 10 % энергии.

Надо заметить, что минерализация органических веществ осуществля-

ется не только редуцентами (бактериями, простейшими, грибами), но и кон-

сументами в процессе метаболизма. Наряду с минеральными солями, они

выделяют в окружающую среду диоксид углерода и воду, которые являются

конечными продуктами метаболизма.

Организмы разных групп по-разному реагируют на антропогенное за-

грязнение среды обитания, т.е. обладают разной чувствительностью к антро-

погенному воздействию. Редуценты вынуждены перерабатывать не только

естественные продукты жизнедеятельности автотрофов и консументов, но и

химические вещества, попадающие в экосистему вследствие антропогенного

воздействия. Если химические вещества обладают токсическими свойствами,

редуценты могут не справиться с очисткой, при этом нарушаются процессы

самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и

приводит к ее преобразованию. Таким образом, стабильность экосистем су-

щественно зависит от деятельности человека.

Другим критерием описания структуры экосистемы является

критерий

жизни

, т.е. в экосистеме рассматривают две компоненты: живую

(

биотическую

) и неживую (

абиотическую

). Обе компоненты тесно связаны

и взаимодействуют друг с другом. Абиотические компоненты лимитируют и

регулируют жизнедеятельность и само существование живых организмов.

Они находятся как вне, так и внутри живых организмов и образуют постоян-

ный поток между биотической и абиотической компонентами.

Экологические факторы

Жизнедеятельность любого организма зависит от того, насколько он

приспособлен к условиям среды обитания. Для характеристики взаимодейст-

вия организма со средой было введено понятие “экологический фактор”. Под

экологическими факторами

понимают те воздействия, которые оказывают

непосредственное влияние на характер и интенсивность протекающих в эко-

системе процессов.

По отношению к экосистеме экологические факторы делят на

внешние

внутренние.

Несмотря на определенную условность такого деления, считают,

что внешние факторы, действуя на экосистему, сами не подвержены или почти

не подвержены ее влиянию. К ним относят солнечную радиацию, скорость вет-

ра и течений и т.д. Внутренние факторы соотносятся со свойствами самой эко-

системы и образуют ее, т.е. входят в ее состав. Это – численность и биомасса

популяций, количество различных химических веществ, характеристики водной

или почвенной массы и т.п.

По критерию “жизни” экологические факторы делят на

биотические

абиотические

. К последним относят неживые компоненты экосистемы и ее

внешней среды. Особо выделяют

аддитивные факторы

, характеризующие

количественные параметры биотической и абиотической составляющей эко-

системы: численность и биомассу популяций, концентрации химических ве-

ществ. Такие факторы называют

ресурсными

. В последнее время все чаще

употребляется термин

антропогенные факторы

(т.е. вызванные челове-

ком); их противопоставляют природным (естественным) факторам.

Внешние экологические факторы по отношению к экосистеме являются

воздействием

. Реакция экосистемы, биоценоза, популяций и особей на эти воз-

действия называется

откликом

. От характера отклика на воздействие зависит

способность организма приспосабливаться к условиям окружающей среды,

адаптироваться и приобретать устойчивость к влиянию различных факторов

среды, в том числе неблагоприятных воздействий. В этом заключается основа

механизма естественного отбора.

Условия существования организмов и популяций рассматривают также

как регулирующие экологические факторы.

Виды вредных воздействий на окружающую среду

Антропогенным воздействием

(или просто воздействием, когда речь

идет о загрязнении окружающей среды человеком) называется непосредст-

венное влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую при-

родную среду. Все виды воздействий можно разделить на 4 группы: предна-

меренное и непреднамеренное, прямое и косвенное (опосредованное).

Преднамеренное воздействие

происходит в процессе материального

производства с целью удовлетворения определенных потребностей общест-

ва. К ним относятся: добыча полезных ископаемых, строительство гидротех-

нических сооружений, вырубка лесов для получения древесины и т.д.

Непреднамеренное воздействие

возникает побочно с первым типом

воздействия, в частности, добыча полезных ископаемых открытым способом

приводит к понижению уровня грунтовых вод, к загрязнению воздушного

бассейна, к образованию техногенных форм рельефа (карьеры, терриконы,

хвостохранилища).

Как преднамеренные, так и непреднамеренные воздействия могут быть

прямыми и косвенными.

Прямые воздействия

имеют место в случае непосредственного влия-

ния хозяйственной деятельности человека на среду, в частности ирригация

(орошение) непосредственно воздействует на почву и изменяет все процес-

сы, связанные с ней.

Косвенные воздействия

происходят опосредованно – через цепочки

взаимосвязанных влияний. Так, преднамеренные косвенные воздействия –

это применение удобрений и непосредственно влияние на урожайность куль-

тур, а непреднамеренные – влияние аэрозолей на количество солнечной ра-

диации (особенно в городах) и т.д.

Опасность антропогенного воздействия на биосферу состоит в том, что

отклик окружающей среды на это воздействие появляется с запаздыванием, ко-

торое зависит как от характера, так и от интенсивности воздействия. Если реак-

ция биосферы на воздействие наблюдается быстро, то существует возможность

регулирования масштабов воздействия, позволяющего предотвратить необра-

тимые изменения в природных системах. Примером может служить регулиро-

вание отлова рыбы в водах Мирового океана. Если же сдвиги в экосистеме про-

исходят с большим запозданием, то возможны необратимые, даже глобальные,

изменения. Так исчезли многие виды растений и животных.

Антропогенная деятельность за последние два столетия привела к на-

рушению круговорота веществ. В природных системах “движение” веществ

реализуется круговоротом по замкнутому циклу, т.е. в виде совокупности

превращений и перемещений вещества в пространстве и времени, находя-

щихся в динамическом равновесии, что обеспечивает естественное развитие

биосферы. В антропогенной деятельности этот цикл не замкнут, поскольку

используемые человеком вещества и энергия не возвращаются в места их

изъятия. Часть их рассеивается в окружающую среду при добыче и транс-

портировке, а часть поступает в окружающую среду в виде отходов и выбро-

сов. В результате в окружающую среду поступают различные вещества и их

соединения, в том числе и такие, каких нет в природных экосистемах, что

приводит к загрязнению окружающей среды.

Под

загрязнением окружающей среды

понимают поступление в био-

сферу любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии

(теплоты, звука, радиоактивности и т.п.) в количествах, оказывающих вред-

ное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и

косвенным путем.

Загрязнения биосферы подразделяют на локальные, региональные и

глобальные.

Локальные загрязнения

характерны для городов, крупных про-

мышленных предприятий, районов добычи тех или иных полезных ископае-

мых, крупных животноводческих комплексов.

Региональные загрязнения

охватывают значительные территории и акватории, подверженные влиянию

крупных промышленных районов.

Глобальные загрязнения

чаще всего вы-

зываются атмосферными выбросами, распространяются на большие расстоя-

ния от мест своего возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие

на крупные регионы, а иногда и на всю планету.

В общем виде все загрязнения классифицируются по двум группам:

естественные

, возникшие в результате мощных природных процессов

(извержение вулканов, лесные пожары и т.п.), и

техногенные или антропо-

генные

загрязнения.

Антропогенные загрязнения в свою очередь разделяют на:

материаль-

ные

;

физические и биологические

. Радиоактивные отходы могут рассматри-

ваться как материальные и как физические.

В основу классификации

материальных загрязнений

положена среда их

распространения (атмосфера, гидросфера, литосфера), их агрегатное состояние

(газообразные, жидкие, твердые), применяемые методы обезвреживания и сте-

пень токсичности. Материальные загрязнения подразделяются на выбросы в

атмосферу, сточные воды и твердые отходы. Классификация выбросов вредных

веществ в атмосферу устанавливается государственными стандартами, согласно

которым выбросы подразделяются по агрегатному состоянию и массе веществ,

выбрасываемых в единицу времени (обычно тонны в сутки).

Физические загрязнения

окружающей среды включают промышленные

тепловые выбросы, а также шум, вибрацию и все виды излучений и полей.

Тепловое загрязнение

биосферы присуще в большей или меньшей сте-

пени всем видам производств и проявляется в виде конвективного или ра-

диационного теплообмена между нагретыми выбросами или нагретыми тех-

нологическими установками и окружающей средой, что приводит к локаль-

ному повышению температуры атмосферы, воды или почвы. Особенно не-

желательно воздействие тепловых выбросов на водоемы, поскольку это на-

рушает водный экологический режим.

Биологическое загрязнение

характерно для предприятий промышлен-

ного биосинтеза, производящих антибиотики, ферменты, вакцины, сыворот-

ки, кормовой белок, биоконцентраты и т.д.

Процессы перемещения (перераспределения) и концентрации химиче-

ских элементов (их соединений), происходящие в результате технической

(технологической) деятельности людей принято называть

техногенезом

Источники загрязнения биосферы

Источники загрязняющих веществ разнообразны, также разнообразны

и виды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы.

В общем случае источники загрязнения природной среды можно класси-

фицировать по:

происхождению

– искусственные или антропогенные (около 90

% общего объема) и естественные;

месту поступления

– континентальные,

морские и атмосферные;

временному признаку

– постоянные, эпизодические,

разовые, случайные;

пространственно-временному признаку

– фиксированные

и нефиксированные и т.д.

К основным источникам антропогенного загрязнения относятся: промыш-

ленные предприятия, горнодобывающие предприятия, нефтедобывающая про-

мышленность, теплоэнергетика, транспорт, сельское хозяйство, жилищно-

коммунальное хозяйство городов.

Жители больших городов испытывают чрезмерное загрязнение воздуха, в

результате чего заводские районы некоторых городов становятся непригодны-

ми для проживания, поскольку из атмосферы основная масса выбросов в виде

выпадения атмосферной пыли, аэрозолей, кислых дождей поступает в поверх-

ностные воды и почву городских и прилегающих к ним территорий. Статисти-

ческие данные говорят о том, что окружающая среда в ряде крупных промыш-

ленных городов (Магнитогорске, Новокузнецке, Мариуполе и др.) находится в

катастрофическом состоянии.

Таблица 2

Распределение антропогенных загрязнений в биосфере

Загрязнитель Отрасль производственной и хозяйственной дея-

тельности, для которой характерен данный за-

грязнитель

Атмосфера

, SO

, NO

, углеводороды Теплоэнергетика, металлургия, транспорт

Металлические частицы,

пылевые частицы

Металлургия, горнодобывающая промышлен-

ность

Галогеносодержащие

соединения

Химическая, холодильная промышленность

Литосфера

Мусор Коммунально-бытовое, городское хозяйство

Активный ил Городские станции биологической очистки сточ-

ных вод

Целлюлоза, бумага Целлюлозно-бумажная промышленность

Зола, шлак, шлам Энергетика, металлургия

Пластмассы, органические

вещества

Химическая промышленность

Металлы и их соединения Металлургия, химическая промышленность

Радиоактивные вещества АЭС, предприятия переработки отходов АЭС,

предприятия ВПК

Гидросфера

Тепловая энергия Энергетика (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС), металлургия

Радиоактивные вещества АЭС, предприятия ВПК

Минеральные соли Химическая промышленность

Взвешенные частицы Коммунально-бытовое хозяйство

Биогенные вещества Сельское, городское хозяйство

Нефтепродукты Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая

промышленность, горнодобывающая промыш-

ленность, металлургия, машиностроение

Пестициды Сельское хозяйство

Ионы тяжелых металлов Металлургия, машиностроение

Красители, фенолы Текстильная промышленность

Органические растворители Химическая промышленность

Синтетические поверхно-

стно-активные вещества

(СПАВ)

Городские стоки

Распределение загрязняющих веществ в биосфере и их влияние на ее ком-

поненты

При поступлении загрязняющих веществ в атмосферу происходит их рас-

сеивание, которое определяется циркуляцией атмосферы. Характер движения

воздушных масс зависит от их температурного поля (распределения температур

вдоль поверхности Земли и по высоте), распределения давлений и плотностей

атмосферных фронтов. Поэтому кроме крупномасштабных воздушных течений,

перемещающих выбросы на сотни и тысячи километров, возникают многочис-

ленные локальные (местные) циркуляции в нижних слоях атмосферы. Эти цир-

куляции связаны не только с состоянием атмосферы, но и с географическими,

геологическими и другими особенностями местности, где располагаются ис-

точники загрязняющих атмосферу выбросов.

Рельеф, городские постройки изменяют направление и скорость движе-

ния приземного слоя воздуха. Долины рек, вытянутые депрессии служат кори-

дорами, по которым устремляются потоки воздуха, тогда как повышения рель-

ефа могут служить препятствием и приводить к инверсии воздушного потока.

Штили и туманы могут способствовать выпадениям осадков вблизи источника

загрязнения на небольшой территории. В крупных промышленных центрах и на

прилегающих к ним территориях загрязнение атмосферы зачастую в десятки-

сотни раз выше в приземном слое воздуха, чем в верхних слоях атмосферы.

Обычно количество поллютантов убывает в степенной зависимости с

расстоянием от источника выбросов. Вблизи от импактного (локального) ис-

точника загрязнения выделяют обычно от трех до пяти зон с повышенным

(по сравнению с фоновым) в десятки и сотни раз уровнем содержания тяже-

лых металлов. Поскольку при устойчивом направлении ветров выбросы в

атмосферу от ряда источников загрязнения объединяются в общий шлейф, то

в нем, во-первых сглаживаются особенности отдельных источников, и, во-

вторых, образуются вторичные продукты трансформации загрязнений

(продукты их превращения). Поэтому при крупномасштабных рассеиваниях

выбросов от антропогенных источников в атмосфере находятся как первич-

ные, так и вторичные источники загрязнения.

Атмосферные выбросы чаще всего представляют собой аэрозоли, т.е.

коллоидные системы. Одной из основных особенностей коллоидов является их

гетерогенность, т.е. они состоят не менее чем из двух фаз: частиц размером 0,1-

1 мкм (дисперсионная фаза) и среды в которой они находятся (дисперсионной

среды). Вещества, составляющие разные фазы, отличаются по ряду свойств и

имеют реальную физическую поверхность раздела. Для коллоидных систем ха-

рактерна свободная поверхностная энергия, а для отдельных частиц – наличие

определенного заряда. Именно с этими особенностями связан процесс сорбции

– концентрирование определенных веществ из дисперсионной среды на по-

верхности раздела фаз. Связь этих веществ с сорбировавшими их частицами

может быть сильной и сохраняться довольно продолжительное время.

Основная часть аэрозолей находится на высоте до 2 км над поверхно-

стью Земли. Считается, что пыль в среднем держится в атмосфере 4-7 суток,

а вообще, в зависимости от размеров частиц пыли, продолжительность на-

хождения большинства аэрозолей колеблется от 1до 40 суток.

Небольшое количество аэрозолей, поднявшихся на высоты более 7 км,

попадает в струйные воздушные потоки, которые переносят аэрозоли на рас-

стояния свыше 5 тыс. км. Они могут оставаться в воздухе до 14 лет, однако

количество таких аэрозолей сравнительно невелико.

Все коллоиды подвержены старению, например, за счет слипания час-

тиц. В результате частицы, образующие их, вместе с сорбированными на них

веществами оседают на поверхность земли или, если они представляют со-

бой водные суспензии, на дно водоемов.

В результате осаждения большого количества аэрозолей в черте горо-

дов в их почвах и растениях повышены концентрации многих химических

элементов, и в первую очередь металлов. Так, в относительно небольшом го-

роде Новороссийске (менее 500 тыс. жителей), где практически отсутствуют

металлургические предприятия, превышение содержания в почвах металлов

по отношению к фоновому содержанию составляет на 36 км

: Sr – 2200, Zn –

1190, Pb – 1000, Cu – 262, Sn – 43, Mo – 7, Ag – 1 т.

Резкое повышение концентрации металлов в городских почвах наблю-

дается во всех крупных городах мира. Наиболее сильно увеличивается кон-

центрация металлов в городах с преобладанием металлургических и химиче-

ских предприятий.

Растительные и животные организмы (включая людей), живущие или

находящиеся продолжительное время в таких городах становятся более под-

верженными различным заболеваниям. У растений развиваются хлороз, нек-

роз, суховеточность и суховершинность. У людей чаще всего возникают раз-

личные аллергические заболевания, а также болезни дыхательных путей и

легких. Аллергические заболевания и болезни дыхательных путей

(например, силикоз) часто вызываются также многими видами пыли антро-

погенного происхождения. При дальнейшем повышении концентрации тя-

желых металлов, осаждающихся из аэрозолей, возникают расстройства

нервной системы, начинает проявляться четкая корреляция числа онкозабо-

леваний с концентрацией металлов. Ионы и частицы тяжелых металлов вы-

зывают образование в крови токсических продуктов биохимических реак-

ций. Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные от-

равления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями.

Нужно заметить, что отрицательное воздействие какого-либо загряз-

няющего вещества не всегда пропорционально его массе. Так, миллиграммы

свинецсодержащих аэрозолей, находящихся в атмосфере городов и попа-

дающие через легкие в организм человека, гораздо опаснее килограммов

природных глинистых частиц, переносимых в виде аэрозолей.

Кроме того, атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излу-

чение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии.

При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосфе-

ры это приводит к понижению температур и локальным изменениям клима-

тических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышлен-

ных центрах. Пыль и аэрозоли оказывают также заметное влияние на здоро-

вье человека, состояние флоры и фауны. Так, снижение потока солнечного

излучения уменьшает образование под действием УФ-лучей витамина D

недостаток которого вызывает заболевания рахитом. УФ-лучи оказывают

также стерилизующее действие уничтожая некоторые микроорганизмы, по-

этому их недостаток повышает риск инфекционных бактериальных заболе-

ваний как человека, так и животных и растений.

Загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие не толь-

ко на окружающую среду и человека, но и в ряде случаев оказывает значи-

тельное влияние на процесс эксплуатации технических средств. Взвешенная

в воздухе пыль адсорбирует ядовитые газы, образуя плотный, токсичный ту-

ман (смог), который увеличивает количество осадков. Насыщенные серни-

стыми, азотистыми и другими веществами, эти осадки образуют агрессивные

кислоты. По этой причине скорость коррозионного разрушения машин и

оборудования во много раз увеличивается. Атмосферные загрязнения уско-

ряют разрушение строительных материалов, резиновых, металлических, тка-

невых и других изделий. При соответствующем составе и концентрации они

могут явиться причиной гибели растений и животных.

Поскольку при поступлении в окружающую среду вредных компонен-

тов в составе газопылевых выбросов растительный покров является барье-

ром, задерживающим техногенные потоки поступающие в почву, выделяют

зоны загрязнения и для растительного покрова. Экстремальные воздействия

газопылевых выбросов в конечном счете ведут не только к гибели растений,

но и эрозии и дефляции почв. В гумидных зонах в результате загрязнения

значительно повышается кислотность почв, увеличивается концентрация

токсичных веществ в почвенно-грунтовых водах, водах подчиненных ланд-

шафтов, реках, пруда, озерах. Зона максимального загрязнения почвенного

покрова, угнетения и гибели растений за счет газопылевых выбросов имеет

протяженность до 5-10 км от источника выбросов, а нередко до нескольких

десятков километров. Под влиянием атмосферного загрязнения в значитель-

ной степени изменяется также флористический состав разных типов расти-

тельности: лиственных и хвойных лесов, болот, луговых угодий.

Конкретным примером изменения природной среды в зонах воздейст-

вия газопылевых выбросов предприятий цветной металлургии могут служить

медеплавильный завод (Средний Урал) и Норильский горно-

металлургический комбинат. Визуальная оценка состояния растительности

показывает, что по степени деградации растительного покрова вокруг меде-

плавильного завода выделяются четыре зоны: с отсутствием или сильным

угнетением растительности (зона «техногенной пустыни»); средне угнетен-

ная с наличием травянистого покрова; слабо угнетенная, характеризующаяся

суховершинностью хвойных пород деревьев; неповрежденная (фоновая). Ис-

следования по определению содержания элементов-поллютантов в растениях

показали, что площадь первой зоны составляет в среднем 1,7 тыс. га. На тер-

ритории «техногенной пустыни» естественный растительный покров отсут-

ствует. Протяженность переходной к фоновой зоне значительно варьирует

для разных элементов и почти в 10 раз превышает площадь первой зоны.

Общая площадь загрязненных почв и растений составляет около 19 тыс. га.

При газопылевых выбросах поступление тяжелых металлов в растения

может происходить как воздушным путем с пылью, оседающей на листья и

стебли, так и за счет поглощения из почвы вследствие повышения в ней со-

держания доступных растениям соединений тяжелых металлов. По опубли-

кованным данным, вместе с пылью на поверхности листьев вблизи источни-

ка может оседать около 30 % от общего количества тяжелых металлов. В по-

нижениях рельефа и с наветренной стороны это количество может возрас-

тать до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения

заметно уменьшается.

Растения неодинаково накапливают тяжелые металлы и обладают оп-

ределенными защитными функциями от неблагоприятных воздействий, в

том числе от газопылевых выбросов, содержащих токсичные для растений

компоненты. Об этом свидетельствуют соотношения накопления меди в поч-

вах и растениях. Если содержание меди в загрязненных почвах вблизи завода

увеличивается в 25-40 раз по сравнению с фоном, то возрастание содержания

меди в растениях не столь значительно: от 4-х кратного (хвоя сосны) до 9-ти

кратного (в хвоще). Хвоя сосны и ели на загрязненной территории накапли-

вает меньше меди, чем кора.

Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные фитоцено-

зы (т.е. растущие на мусорных свалках, пустырях), образованные сорными ви-

дами разнотравья (мать-и-мачеха, хвощ, латук, пырей). Из древесных пород в

насаждениях наиболее устойчивы к загрязнению береза, ива, осина; из хвойных

– сосна. Из естественных фитоценозов наиболее устойчивы к загрязнению со-

сново-березовые, злаковые и разнотравные ассоциации. Наиболее активными

накопителями тяжелых металлов являются мхи, лишайники, грибы.

Таким образом, при загрязнении атмосферы газопылевыми выбросами

промышленных предприятий на величину концентрации вредных примесей

влияют скорость и направление ветра, влажность и температура воздуха,

особенности рельефа и характер поверхности. Растительность же может

служить индикатором загрязнения окружающей среды.

Устойчивость природных систем

Характер и степень влияния загрязняющих веществ на общую экологиче-

скую обстановку, отдельные биогеоценозы и компоненты биосферы неодина-

ковы в различных природных зонах. Природные экосистемы обладают способ-

ностью противостоять как колебаниям обычных природных факторов, так и из-

менениям условий существования под влиянием антропогенных воздействий.

При экологических исследованиях широко используется понятие

«устойчивость»: устойчивость вида, устойчивость сообщества или ландшаф-

та. В наиболее общем понимании

устойчивость

– способность системы со-

хранять свои свойства при внешних воздействиях. Под одним термином

«устойчивость» часто понимают два явления: 1) нечувствительность объекта

к внешнему воздействию (или резистентность) и 2) способность системы

возвращаться в исходное состояние после прекращения воздействия.

Равновесие в живой природе существует как между организмами со-

общества, так и между организмами и окружающей их средой. Равновесие

между организмами и окружающей их неживой средой называется

естест-

венным

, при этом экосистема сохраняет свое стабильное состояние и неко-

торые параметры неизменными, несмотря на внешнее воздействие. Это рав-

новесие не статично, а динамично, представляя движение вокруг точки ус-

тойчивости. Если эта точка не меняется, то такое состояние называется го-

меостазом (“гомео” – тот же, “стасис” – состояние).

Гомеостаз

– механизм,

посредством которого живой организм, противодействуя внешним воздейст-

виям, поддерживает параметры своей внутренней среды на таком постоян-

ном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь. Переход от одного

устойчивого равновесия к другому через неравновесные точки, т.е. под воз-

действием внешних изменений называется

устойчивым развитием

В природе менее устойчивые экосистеме сменяются на более устойчивые.

Их смена определяется тремя факторами: 1) упорядоченным процессом разви-

тия экосистемы – установлением в ней стабильных взаимоотношений между

видами; 2) изменением климатических условий; 3) изменением физической сре-

ды под влиянием жизнедеятельности организмов, составляющих экосистему.

Последовательная смена во времени одних экосистем другими на опреде-

ленном участке земной поверхности называется

сукцессией

(от лат.

“преемственность”). Сукцессии подразделяются на

первичные

вторичные

Первичные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где условия су-

ществования поначалу не являются благоприятными. Вторичные сукцессии

проходят на участке, в предшествующее время уже занятом хорошо развитым

сообществом (под влиянием внутренних факторов – жизнедеятельности орга-

низмов), или под воздействие внешних причин (стихийных бедствий – пожаров,

наводнений, или в результате деятельности человека). Если сукцессия происхо-

дит вследствие внутренних взаимодействий, то ее называют

аутогенной

, если

она является результатом внешнего воздействия –

аллогенной

Примером первичной сукцессии является зарастание песчаных дюн

или лавовых потоков. Сначала на голых дюнах появляются самые неприхот-

ливые растения, которые мы обычно называем сорняками. Это растения-

пионеры. Затем появляются кустарники, потом – сосна, а после этого лист-

венные породы деревьев. Вместе с первыми растениями появляются и пер-

вые насекомые (например, кузнечики, как растительноядные) и пауки (как

хищники). Потом к первым поселенцам прибавляются муравьи, жуки, бабоч-

ки и т.д. Вслед за насекомыми появляются птицы и мелкие млекопитающие,

а затем и крупные животные. Развитие, начавшееся в сухом и бесплодном

месте, заканчивается образованием стабильной лесной экосистемы с мощ-

ной, богатой гумусом почвой, с разнообразным животным миром. Главную

роль в развитии экосистемы играют растения. Вызываемые ими изменения в

почве служат основой для смены видового состава сообщества.

Примером вторичной сукцессии под влиянием внутренних факторов мо-

жет служить процесс зарастания озера. Под воздействием жизнедеятельности

населяющих его организмов озеро медленно наполняется мертвым органиче-

ским веществом. Кроме того, в озеро могут поступать осадочные материалы.

Постепенно глубина озера уменьшается и, в конце концов, оно превращается в

болото, а затем и в сушу. Скорость процесса зарастания зависит от начальной

глубины озера и от скорости образования органического вещества.

Таким образом, сукцессии проходят через фазу

обнажения

(появления

незаселенного пространства),

миграции

(заселения ее первыми поселенцами

– пионерами),

колонизации

приспособления к конкретным условиям оби-

тания

соревнования

(конкуренции с вытеснением ряда видов-пионеров) и

реакции

(обратного воздействия сообществ на биотоп и условия среды) к

стабилизации

. Стабильное, устойчивое состояние сообщества, адаптирован-

ного к внешним условиям, называется

климаксом

. Последовательность со-

обществ, сменяющих друг друга в данном пространстве, называется серией; пе-

реходные сообщества –

сериальными стадиями

или

стадиями развития

Для развития сообществ необходим длительный период времени. Так

для зарастания песчаной дюны – около 1000 лет, для возобновления леса на

месте вырубленного – от 100 до 200 лет, для восстановления нарушенного

растительного покрова степи – более 50 лет, т.е. скорость изменений в при-

родных экосистемах очень мала.

Сукцессия представляет собой естественный процесс развития экосистемы.

В современных условиях происходит постоянный рост антропогенной нагрузки на

природные экосистемы, что приводит к относительно быстрым изменениям их

структуры, которые принято называть

экологическими модификациями

Анализ изменений в отдельных элементах биоценоза не может дать пред-

ставлений об адаптационных реакциях биоценоза в целом. Это позволяет сде-

лать оценка комплекса целенаправленных, высокоорганизованных процессов

непрерывного обмена веществом и энергией между биоценозом и его средой,

которая носит название

метаболизма биоценоза

. Увеличение интенсивности