Петросова Р.А., Голов В.П., Сивоглазов В.И., Страут Е.К. Естествознание и основы экологии
Подождите немного. Документ загружается.
В дубравах встречаются мхи, но, в отличие от хвойных лесов, здесь они не образуют
сплошного ковра. Летние травы теневыносливы, а в окраске цветов преобладает белый цвет,
наиболее заметный для опылителей.
Богатство и разнообразие растительного покрова, ярусность, большое количество пищи
определяют обитание многочисленных видов животных. Одна группа – это растительноядные
насекомые, пауки, другие членистоногие, птицы, мышевидные грызуны, копытные (лоси,
косули, олени). Вторую группу животных составляют плотоядные, хищники, и паразиты:
клещи, наездники, мухи-тахины, насекомоядные птицы (кукушки, дятлы, синицы, славки),
лисицы, волки, куницы, ласки.
Вследствие многоярусности животные распределяются по различным «этажам» и занимают
разные экологические ниши. Пищевые цепи обычно состоят здесь из 4–5 звеньев.
В лесу число видов животных значительно больше, чем растений. Однако высокая
продуктивность (до 10 т на 1 га ежегодно) продуцентов значительно перекрывает биомассу всех
животных (около 10 кг на 1 га). Поэтому используется лишь 10–20 % ежегодного прироста
растений. Это соотношение поддерживается автоматически. Саморегуляция позволяет
сохранять видовой состав и численность. Однако иногда насекомые-вредители леса
размножаются в огромных количествах, уничтожая всю листву (непарный шелкопряд,
листовертки). Немалая часть биомассы ежегодно минерализуется. Это растительный опад и
остатки животных, которыми питаются редуценты. К ним относятся личинки мух-падальщиков,
черви, жуки, бактерии, грибы.
Таким образом, в биоценозе леса прослеживается круговорот веществ и энергии.
Водный биоценоз. Структуры водных и наземных сообществ аналогичны.
Распространение организмов здесь также зависит от температуры и солнечного света.
Недостатка в воде нет, однако недостаток некоторых минеральных веществ ограничивает
обилие живых организмов.
В открытой части водоема различают две зоны жизни.
1. В верхних слоях воды обитают мелкие организмы, составляющие планктон,
преимущественно бактерии, простейшие, одноклеточные водоросли, мелкие ракообразные –
дафнии, циклопы и т. д. Все они взвешены в воде, как бы «парят».
Растительный планктон служит пищей для мелких планктонных животных, которыми, в
свою очередь, питаются крупные, активно плавающие животные.
2. На дне водоемов обитают организмы, образующие бентос: моллюски (устрицы,
гребешки), ракообразные (омары, раки, крабы), кишечнополостные и т. д. В бентосе
преобладают животные и бактерии-редуценты, лишь на малых глубинах можно встретить
растения, в основном это бурые и красные водоросли. Недостаток кислорода, высокое давление
воды, отсутствие света затрудняют существование высших растений.
Главным источником энергии являются мертвые растения и животные, опускающиеся на
дно. Организмы-редуценты, беспозвоночные и глубоководные рыбы питаются этими
остатками.
Наиболее благоприятные условия существуют в прибрежной зоне, где вода теплее,
достаточно насыщена кислородом, лучше освещена. Здесь обитают многочисленные животные:
членистоногие, моллюски, черви, одноклеточные, рыбы. В пресных водоемах, например,
обитают перловицы, беззубки, раки, личинки стрекоз, ручейников, жук-плавунец, водяные
клопы, пиявки, многочисленные рыбы. Особенно богаты жизнью коралловые рифы
тропических морей. Здесь достаточно высоки температура и освещенность, которые
способствуют быстрому росту растений. Изобилие растений создает условия для
существования животных.
Цепи питания в водных экосистемах аналогичны наземным биоценозам (рис. 103).
Рис. 103. Сравнение общей структуры наземного и водного биоценозов: I – растения,
производящие органическое вещество: а – высшие растения; б – водоросли; II – животные –
потребители органического вещества: а – растительноядные; б – плотоядные; в – питающиеся
смешанной пищей; III – микроорганизмы – разрушители органического вещества
Но здесь большую часть первичной продукции, органического вещества, производят не
высшие растения, а низшие – водоросли. Кроме того, недостаток минеральных веществ
сказывается на росте растений и величине первичной продукции. В водных биоценозах она
значительно ниже по сравнению с наземными.
Продуктивность океана в 3 раза ниже, чем суши, а биомасса водорослей в 10 000 раз
меньше, чем биомасса наземных растений. Низкая продуктивность естественных водоемов
связана не только с недостатком минеральных веществ, но и с повышенной кислотностью,
соленостью воды.
§ 75. Искусственные экосистемы. Агроценоз
Агроценоз – это искусственно созданные и поддерживаемые человеком экосистемы (поля,
сенокосы, парки, сады, огороды, лесные посадки).
Агроценозы создают для получения сельскохозяйственной продукции. Они обладают
плохими динамическими качествами, малой экологической надежностью, но характеризуются
высокой урожайностью. Занимая около 10 % площади суши, агроценозы производят 2,5 млрд т
сельскохозяйственной продукции.
Как правило, в агроценозе культивируют один-два вида растений, поэтому взаимосвязи
организмов не могут обеспечить устойчивости такого сообщества. Действие естественного
отбора ослаблено человеком. Искусственный отбор действует в направлении сохранения
организмов с максимальной продуктивностью. Численность популяции в агроценозе
поддерживается и контролируется человеком через борьбу с сорняками и вредителями,
орошение, смену культур, повышение плодородия почвы. Кроме солнечной энергии в
агроценоз поступают вода и удобрения (минеральные и органические), вносимые человеком.
Основная часть питательных веществ постоянно выносится из круговорота с урожаем. Таким
образом, круговорот веществ прерывается.
В агроценозе, как и в любом биоценозе, складываются пищевые цепи. Обязательным звеном
в этих цепях является человек, причем здесь он выступает как консумент I порядка, и на нем
пищевая цепь прерывается. Агроценозы очень неустойчивы и без участия человека
существуют от 1 года (зерновые, овощные) до 20–25 лет (плодово-ягодные).
Человек постоянно заботится о повышении продуктивности агроценозов, сохранении
плодородия земель, охране культур от неблагоприятных воздействий.
Один из путей повышения продуктивности агроценозов – мелиорация почв. Она оказывает
долговременное воздействие на почву, создает благоприятные условия для роста растений,
улучшает водный режим и т. д. Мелиорация включает в себя очистку земель от камней, мусора,
вспашку, известкование кислых почв, внесение удобрений, борьбу с эрозией, осушение
переувлажненных почв, постройку оросительных систем, природоохранные мероприятия.
§ 76. Эволюция экосистем
Биогеоценозы формируются в течение длительного времени. При этом происходит
приспособление организмов к среде обитания и друг к другу. Живые организмы в процессе
жизнедеятельности изменяют среду обитания, одни виды вытесняют постепенно другие. Все
экосистемы эволюционируют во времени.
Последовательная смена экосистем под влиянием процессов, протекающих внутри
сообщества при взаимодействии с окружающей средой, называется экологическими
сукцессиями.
Первичная сукцессия. Данная сукцессия начинается с освоения бесплодной среды,
которая до этого не была обитаема. Это может быть разрушенная горная порода, скала,
песчаный пляж. Здесь велика роль «первых поселенцев»: бактерий, лишайников, водорослей.
Выделяя продукты своей жизнедеятельности, они изменяют материнскую породу, разрушают
ее и способствуют почвообразованию. Отмирая, первичные живые организмы обогащают
поверхностный слой органическими веществами, что позволяет поселиться мхам. Мхи по мере
роста и развития продолжают процесс образования почвы. Формируется примитивное
сообщество, способное существовать в неблагоприятных условиях. Оно постепенно создает
условия, обеспечивающие все большее разнообразие организмов. Сообщество растений и
животных усложняется, пока не достигает определенного равновесия со средой.
Сообщество, достигшее равновесия со средой, называют климаксовым.
Оно поддерживает свою стабильность до тех пор, пока не нарушается равновесие.
Примером первичной сукцессии может служить морской пляж. Прибрежная часть
представляет собой песок с сильно разреженным травянистым покровом и некоторыми
беспозвоночными. По мере удаления от берега появляются кустарники, далее одинокие деревья
и, наконец, лес. Лес – это уже, как правило, устойчивый биоценоз – климаксовое сообщество
(рис. 104).
Рис. 104. Первичная сукцессия
Вторичная сукцессия. Данная сукцессия возникает и развивается на месте имевшегося
ранее сформированного сообщества. Например, на месте сгоревшего леса или заброшенного
поля.
На пожарище поселяются светолюбивые растения. Под их пологом начинают развиваться
теневыносливые виды. Появление растительности улучшает состояние почвы, на которой
поселяются уже другие виды, вытесняя первых поселенцев. В зависимости от почвы вторичная
сукцессия может идти быстро или медленно, пока наконец не образуется климаксовое
сообщество.
Озеро при нарушении в нем экологического равновесия может превратиться в луг, а затем и
в лес, характерный для данной климатической зоны. Климаксовое сообщество зависит от
климатических условий и типа почвы.
Значение сукцессий. С изменениями климата на Земле сообщества эволюционировали,
прогрессировали, развивались, разрушались, исчезали и вновь появлялись. На протяжении
тысячелетий растительный покров Земли менялся. Сукцессия приводит к последовательному
усложнению сообщества. Оголенная почва может обеспечить лишь сравнительно малое число
мест обитания. В лесу их значительно больше. Каждое дерево служит местом обитания для
живых организмов. Они расселяются, занимая каждый различные этажи: на верхушках
деревьев, под корой, под корнями и т. д. В процессе экологической сукцессии возрастает
возможность специализации живых организмов, а следовательно, и видовое многообразие.
Кроме того, по мере развития увеличивается продуктивность экосистемы, усиливаются
стабилизирующие механизмы, возрастают устойчивость и саморегуляция. Сообщество
усложняется, его пищевые сети становятся все более разветвленными, все полнее используются
ресурсы среды. Зрелое сообщество наилучшим образом приспособлено к условиям среды,
популяции большинства видов в нем стабильны и хорошо воспроизводятся.
§ 77. Антропогенное воздействие на природные экосистемы
По мере развития сообщества становятся все более чувствительными к катастрофам:
лесной пожар, разрушение кораллового рифа во время шторма, сход снежных лавин. Но
особенно мощным фактором, приводящим к смене экосистем, является деятельность человека.
Используя природные ресурсы и осваивая территории, он уничтожает леса. Рост городов
приводит к вытаптыванию природных «зеленых зон». Исчезают многие виды трав, а за ними и
животных. Уплотняется почва, снижается ее влагоемкость, а затем и плодородие.
Выпас сельскохозяйственных животных приводит к вытаптыванию лугов, выветриванию и
эрозии почвы, уменьшению числа видов растений. Разнотравные луга и степи превращаются в
пустыни. Под воздействием человека ускоряется смена биоценозов. Осушение болот приводит
к потере уровня грунтовых вод, изменению микроклимата, исчезновению ряда видов растений
и животных.
В сельскохозяйственных угодьях, на приусадебных участках человек борется с сорными
растениями, постоянно прерывая сукцессию. Высевая ежегодно одни и те же культуры, человек
создает идеальные условия для существования сельскохозяйственных вредителей, которые
перестают мигрировать в поисках пищи и начинают активно размножаться. В результате
использования различных химических средств борьбы загрязняются почвы и подземные воды,
растения, накапливая вредные вещества, отравляют животных и гибнут сами. Применение
инсектицидов – веществ для борьбы с насекомыми-вредителями – приводит к малозаметным
поначалу, но серьезным отдаленным последствиям. Например, в 40-х гг. начали массово
использовать сильный инсектицид ДДТ, что привело со временем к увеличению числа
насекомых, устойчивых к этому препарату. Само вещество не разлагалось, а накапливалось в
окружающей среде и поглощалось различными организмами. В частности, у многих крупных
животных пестициды накапливались в тканях, вызывая гибель. Начали исчезать естественные
враги насекомых, что привело к их массовому размножению. Ошибки, к сожалению,
повторяются. Ежегодно создаются все новые, на первый взгляд более эффективные
инсектициды, а положение в природе не улучшается. Ядовитые вещества смываются в реки и
моря, отравляя, таким образом, не только наземную, но и водную фауну. В тканях рыб
накапливаются вредные вещества, не только вызывая их массовую гибель, но и делая их
несъедобными, опасными для человека.
Вторгаясь в природу, человек нарушает ее естественное равновесие. Непродуманная
хозяйственная деятельность человека приводит не только к изменению растительного
покрова Земли, к уничтожению животных, но и к изменению климата, загрязнению вод,
атмосферы, почвы, что, в свою очередь, пагубно влияет и на самого человека.
§ 78. Рациональное природопользование
В процессе эволюции экологические системы достигают состояния экологического
равновесия. Они способны к саморегуляции, устранению различных нарушений. Однако из-за
интенсивной деятельности человека равновесие во многих экологических системах
нарушается быстрее, чем успевает восстановиться.
Уничтожая леса и распахивая землю под сельскохозяйственные угодья, он лишает места
обитания наземных животных. Строя различные сооружения на реках, он ограничивает места
нерестилищ многих рыб. Расширяя свою зону обитания и экологическую нишу, человек
неизбежно ограничивает таковые у других организмов.
С тех пор как человек появился на Земле, он стал причиной исчезновения многих видов
растений и животных. Высчитано, что за каждое тысячелетие существования человека в
результате его хозяйственной деятельности на Земле исчезал один вид организмов.
Приведем несколько примеров. Многие степные птицы и млекопитающие, например
стрепет, байбак, исчезли из черноморско-азовских степей в связи с распашкой целины. В
лесах Новой Зеландии еще в XVIII в. жили огромные нелетающие птицы моа, похожие на
страусов. Некоторые из них достигали 3 м в высоту. Местные жители из-за мяса и перьев
полностью их истребили.
Российские первооткрыватели Дальнего Востока встречали крупных млекопитающих –
морских коров, длиной до 9 м и весом до 3 т. Они стали объектом промысла: человек
использовал их мясо, жир, кожу. В результате уже ко второй половине XVIII в. они были
полностью истреблены.
В конце прошлого века полностью исчезла и дикая лошадь тарпан, а еще раньше, в начале
XVII в., были уничтожены последние дикие быки – туры. В настоящее время процесс
исчезновения организмов значительно ускорился.
Сегодня уже можно говорить о вымирании одного вида каждые 10–15 лет.
Немало ценных растений и животных стали редкими, находятся на грани вымирания. Из
растений, нуждающихся в охране, можно назвать тисс, мамонтово дерево, лотос. Из
животных редкими стали птицы – гага, дрофа, стрепет, фламинго, белая цапля;
млекопитающие – зубр, калан, морж, выхухоль, снежный барс, пятнистый олень.
В густонаселенных районах земного шара редкими стали многие растения, что привело к
исчезновению насекомых, питающихся этими растениями. Если не принять мер по охране всех
этих организмов, они могут исчезнуть.
Причины нарушения экологического равновесия. Равновесие природных сообществ
нарушено во многих местах на Земле. С чем же связаны такие нарушения в природе?
Экосистемы функционируют безотходно, разрушители, потребители и производители
находятся рядом и функционируют в сообществе как единое целое. Человек же добывает сырье
и перевозит его на большие расстояния, создает продукцию в одном месте, утилизирует и
разрушает ее в другом, не думая о последствиях. Создание новых синтетических материалов
приводит к загрязнению биосферы неперегнивающими отходами. Организмы-редуценты не
усваивают эти вещества. Следовательно, человек должен подумать об утилизации
промышленных остатков, найти рациональные замкнутые циклы.
В природе редко образуются токсичные соединения, не подверженные биологическому
распаду. Даже когда растения или животные вырабатывают ядовитые вещества, они быстро
разрушаются. Люди производят такие токсические вещества, которые не распадаются, а
накапливаются в почве, воде, отравляя растения и животных. Выбросы побочных продуктов
целого ряда производств загрязняют атмосферу, вызывая заболевания и гибель живых
организмов.
Уже сейчас содержание ДДТ в почве таково, что в некоторых местах может привести к
печальным последствиям. Для дальнейшего существования цивилизации необходимо
разрабатывать безотходные технологии, ограничивать или совсем прекратить выпуск
ядохимикатов.
Злоупотребление природными ресурсами, эрозия почв, разрушение лесов, загрязнение
водоемов и атмосферы – это только некоторые результаты хозяйственной деятельности
человека, нарушающие природные механизмы стабилизации.
Первым шагом в попытке остановить этот процесс является осознание человеком своей
связи с природой и полной зависимости от нее. Он должен понять, что не стоит над природой и
не является ее хозяином, а так же, как все живые организмы, является ее частью. Мы должны
осознать свою ответственность за нарушение экологического равновесия в природе,
планомерно внедрять рациональное природопользование.
§ 79. Человек и биосфера
Человек является частью биосферы. Все природные ресурсы планеты обусловливают
возможность жизни человека и служат основой его материального производства. Рост
населения, развитие науки и привели к тому, что деятельность человека стала фактором
развития биосферы. Под влиянием научной мысли и человеческого труда возникла
возможность перехода биосферы в новое состояние – ноосферу.
Ноосфера (по В. И. Вернадскому) – это часть биосферы, преобразованная трудом
человека и измененная его научной мыслью.
Человечество интенсивно потребляет как живые, так и минеральные природные ресурсы.
Вследствие чего возникают проблемы: истощение природных ресурсов, снижение численности
и гибель живых организмов, сужение ареалов их распространения, загрязнение и отравление
среды промышленными отходами. Результаты производственной деятельности человека:
1) загрязнение атмосферы вредными газами;
2) разрушение озонового экрана за счет увеличения концентрации оксидов азота и фреонов;
3) возрастание «парникового эффекта» за счет увеличения концентрации углекислого газа
(СО
2
) и, как следствие, изменение климата и повышение температуры воздуха;
4) загрязнение пресных водоемов и сокращение их площадей;
5) уничтожение лесов, массовое заболевание растительности;
6) засоление почв и нарастающее опустынивание;
7) интенсивное использование энергоносителей, создание атомных электростанций и
загрязнение среды радиоактивными отходами.
Все эти воздействия на биосферу вызывают цепные экологические реакции, которые в
конечном итоге отражаются на жизни человека. Человечество стоит перед выбором – сохранить
планету и выжить или продолжать оказывать давление на природу и в конце концов погибнуть.
Дальнейшее развитие экономики, науки и техники уже не может осуществляться без учета
последствий воздействия человека на природу, без воспитания у людей сознания их высокой
ответственности перед всем человечеством за состояние биосферы Земли. Охрана окружающей
среды, сбережение природных богатств для следующих поколений приобретают все большую
актуальность.
Охрана природы – это совокупность мероприятий, направленных на поддержание
природы планеты в состоянии, соответствующем эволюционному уровню биосферы и ее
живого вещества, а также и человека.
Наиболее важные мероприятия по охране природы.
1. Создание безотходных производств, экологически чистых технологий; очистка воздуха и
сточных вод; рекультивация (искусственное воссоздание) земель; мелиорация почвы,
направленная на повышение ее плодородия.
2. Диагностика различных химических препаратов на их мутагенную активность,
разработка методов лечения наследственных заболеваний.
3. Защита растительного и животного мира. Создание заповедников и заказников,
охраняемых природных территорий; сохранение эталонов и памятников природы – уникальных
природных объектов; создание национальных парков; составление списков исчезающих
животных и растений (Красная книга); осуществление проектов по восстановлению и
поддержанию численности редких и исчезающих видов организмов в искусственных условиях
и акклиматизация их в природе. Сохранение генофонда флоры и фауны планеты.
4. Формирование экологического сознания населения, составными частями которого
являются знания, убеждения и навыки в области взаимодействия человека с природой.
Воспитание бережного отношения к природным ресурсам, формирование чувства
ответственности за соблюдение правовых норм охраны природы и нетерпимости ко всякого
рода нарушениям этих норм.
Биосфера, как глобальная природная система, обеспечивает существование жизни на Земле.
Поэтому к числу наиболее актуальных проблем современности относится сохранение биосферы
Земли. Мир стоит на пороге экологического кризиса – такого состояния среды обитания, при
котором она становится непригодной для существования различных форм жизни, в том числе и
человека. Усиливается воздействие человека на все среды жизни, животный и растительный
мир. Следствием этого является исчезновение многих видов организмов. Возникающие
антропогенные ландшафты оказываются не способными к саморегуляции и отличаются от
биоценозов меньшим видовым разнообразием. Интенсивная деятельность человека угрожает
нарушить устойчивость биосферы.
Бесконтрольное расходование невосполнимых природных ресурсов, изменение
ландшафтов, выброс в окружающую среду веществ, нарушающих естественные процессы,
загрязнение окружающей среды через хозяйственную деятельность человека оказывает
отрицательное воздействие на биосферу и на ее отдельные компоненты. Снижение
интенсивности этого воздействия – важнейшая задача современного человечества. От ее
решения зависит будущее планеты. Все меры, принимаемые человеком по сохранению
биосферы, должны быть направлены на рациональное использование природных ресурсов и
создание условий, обеспечивающих дальнейшее существование жизни на Земле во всем ее
многообразии.
Примечания
1
Мохоровичич – сербский ученый, в 1909 г. установивший изменение скорости сейсмических
волн в основании земной коры.
2
Названа по имени австрийского геофизика В. Конрада.
3
Плотность гранита равна 2,6 г/см3.