Динамика экосистем

Содержание:

1.  Динамика экосистем. Циклические (сезонные и суточные) изменения экосистем.                                                                                                          3
2. Система мониторинга и загрязнений окружающей природной среды в России.                                                                                                               6
3. Практическая часть.                                                                                      16
4. Список литературы                                                                                       18

1. Динамика экосистем. Циклические (сезонные и суточные) изменения экосистем.

Любой биоценоз динамичен, в  нем постоянно происходит изменение  в состоянии и жизнедеятельности  его членов и соотношении популяций. Все многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, можно отнести  к двум основным типам: циклические  и поступательные.

Циклические изменения сообществ  отражают суточную, сезонную и многолетнюю  периодичность внешних условий  и проявления эндогенных ритмов организмов.

Суточные преобразования  в биоценозах обычно выражены тем  сильнее, чем значительнее разница  температур, влажности и других факторов среды днем и ночью. Так, в песчаных пустынях Средней Азии жизнь летом  в полуденные часы замирает. Даже виды с дневной активностью прячутся от жары в норах, в тени саксаула либо на его ветвях (агамы, ящерки). Ночью  пустыня оживает. Ночных и сумеречных животных здесь больше, чем дневных. Многие дневные виды летом переходят  к ночному образу жизни (большинство  змей, пауки, чернотелки). Активно действуют жуки‑копрофаги, вылетают козодои, домовые сычи, кормятся тушканчики, гекконы, хищничают фаланги, скорпионы, лисицы, корсаки, змеи. Суточные ритмы прослеживаются в сообществах всех зон, от тропиков до тундр. Даже при непрерывном освещении летом в тундре отмечаются суточные ритмы в распускании цветков у растений, питании птиц, в лёте и распределении насекомых и т. п.

Сезонная изменчивость  биоценозов выражается в изменении  не только состояния и активности, но и количественного соотношения  отдельных видов в зависимости  от циклов их размножения, сезонных миграций, отмирания отдельных генераций  в течение года и т. п. На определенное время года многие виды практически  полностью выключаются из жизни сообщества, переходя в состояние глубокого покоя (оцепенения, спячки, диапаузы), переживая неблагоприятный период на стадии яиц и семян, перекочевывая или улетая в другие биотопы или географические районы.

 Сезонной изменчивости  подвержена зачастую и ярусная  структура биоценоза: отдельные  ярусы растений могут полностью  исчезать в соответствующие сезоны  года, например, травянистый ярус, состоящий  из однолетников.

 Сезонные ритмы сообществ  наиболее отчетливо выражены  в климатических зонах и областях  с контрастными условиями лета  и зимы. В слабой форме они,  однако, прослеживаются даже в  тропических дождевых лесах, где  длительность дня, температура  и режим влажности очень мало  меняются в течение года.

Многолетняя изменчивость   – нормальное явление в жизни  любого биоценоза. Она зависит от изменения по годам метеорологических  условий (климатических флюктуации) или других внешних факторов, действующих  на сообщество (например, степени разлива  рек). Кроме того, многолетняя периодичность  может быть связана с особенностями  жизненного цикла растений‑эдификаторов, с повторением массовых размножений животных или патогенных для растений микроорганизмов и т. д.

 Примером могут служить  изменения, происходящие на лугах  лесостепной Барабы. Количество осадков, выпадающих в Барабинской лесостепи, резко колеблется по годам, и, как правило, ряд засушливых лет чередуется с многолетним периодом обилия осадков. Постепенное понижение уровня почвенно‑грунтовых вод в засушливый период 1950–1955 гг. стимулировало проникновение вслед за ними корневых систем глубокоукореняющихся трав, таких, как колосняк мохнатый, кермек Гмелина и др. У этих видов отсутствовала реакция на иссушение почвы, но при дальнейшем повышении уровня грунтовых вод они пострадали в первую очередь из‑за отмирания затопленных водой корневых окончаний. Засуха особенно сильно сказалась на мезофильных мелкоукореняющихся видах – овсянице красной, полевице тонкой, лапчатке гусиной и других, а также на гидрофитах – ситнике, вейнике и пр. Они или гибли, изреживались, или переходили в состояние покоя. Усиливавшееся в засуху засоление почв послужило причиной массовой гибели от солевого отравления овсяницы красной. Во влажные годы, когда промачивание почвы привело к ее опреснению в верхних слоях, этот вид появился вновь. Высокие температуры и усиление аэрации почвы способствовали развитию бактерий‑нитрификаторов и накоплению нитратов. Это стимулировало массовое размножение в разнотравье осота полевого, одуванчика бессарабского и некоторых других азотолюбивых видов. Когда энергия нитрификации вслед за увеличением влажности почв снизилась, эти виды, не выдержав конкуренции со злаками, перешли в угнетенное состояние.

 Изменения в фитоценозах  были усилены при массовом  размножении в 1953 г. нестадных саранчовых. Прямокрылые съели до 80–90 % массы мягколистных злаков: пырея, костра, типчака и др. У жестколистных колосняка, тростника и других они уничтожали всходы по мере их появления. В этот год бурно разрослось непоедаемое саранчовыми разнотравье, для которого была устранена конкуренция со стороны злаков. Последствия размножения саранчовых сказались и на соотношении злаков в последующие два года. В засушливые годы муравьи Lasius niger и Myrmica scabrinodis заселили, кроме возвышенностей, высохшие низинные луга, где начали земляную строительную деятельность, которая повлияла и на условия произрастания растений.

 Подобные многолетние  изменения в составе ценозов имеют тенденцию повторяться вслед за периодическими локальными изменениями климата, которые связаны с изменением общей циркуляции атмосферы, обусловленной, в свою очередь, усилением и ослаблением солнечной активности. Вследствие многостепенной зависимости изменения в сообществах не прямо отражают ритмику космических процессов.

 Примером обратимых  изменений фитоценозов, связанных  с особенностями жизненного цикла  растений‑эдификаторов, могут быть преобразования в буковом лесу. Взрослые буки с плотно сомкнутыми кронами создают такую густую тень, что в лесу практически отсутствуют подлесок и травяной покров, а сеянцы буков пребывают в угнетенном состоянии и погибают. Когда старые деревья достигают предельного возраста и падают, через появившиеся «окна» на почву проникает солнечный свет и трогаются в рост молодые буки. Некоторое время древостой характеризуется разновозрастностью, пока не выпадут все старые деревья и не выйдут в первый ярус подросшие молодые буки, после чего вновь устанавливается практически одноярусная структура фитоценоза. Весь цикл занимает около двух с половиной столетий.

2.  Система мониторинга и загрязнений окружающей природной среды в России.

   Мониторинг окружающей  среды - система долгосрочных  наблюдений за состоянием окружающей  среды, оценки и прогноза изменений  состояния окружающей среды под  воздействием природных и антропогенных  факторов. В соответствии с законодательством  проводится мониторинг как окружающей  среды в целом, так и ее  отдельных компонентов - земли,  вод, атмосферного воздуха и  других природных объектов.

   Организация и проведение мониторинга окружающей среды регулируются многими актами экологического законодательства на уровне Российской Федерации и ее субъектов, включая Федеральный закон "Об охране окружающей среды" (ст. 63), Федеральный закон "О гидрометеорологической службе", Земельный кодекс РФ (ст. 67), Закон РФ "О недрах" (ст. 36.1), Водный кодекс РФ (ст. 30), Федеральный закон "Об охране атмосферного воздуха" (ст. 23), Федеральный закон "О животном мире" (ст. 15), Федеральный закон "О внутренних морских водах, территориальном море и прилежащей зоне Российской Федерации" (ст. 36). Лесным кодексом РФ предусмотрена государственная инвентаризация лесов, представляющая собой мероприятия по проверке состояния лесов, их количественных и качественных характеристик (ст. 90). В соответствии с Федеральным законом "О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения" проводится социально-гигиенический мониторинг (ст. 45), содержащий элементы мониторинга окружающей среды.

   Законодательством  предусматривается проведение государственного  и негосударственного мониторинга  окружающей среды. Так, Положение  об оценке воздействия намечаемой  хозяйственной и иной деятельности  на окружающую среду в Российской  Федерации обязывает юридические  лица и граждан-предпринимателей  разрабатывать предложения по  программе экологического мониторинга на всех этапах реализации намечаемой хозяйственной и иной деятельности.

   Некоторые общие  и основные положения о мониторинге  окружающей среды сформулированы  в Федеральном законе "Об охране  окружающей среды". Согласно статье 63 государственный мониторинг окружающей  среды осуществляется в соответствии  с законодательством РФ и законодательством  субъектов РФ в целях наблюдения  за состоянием окружающей среды,  а также в целях обеспечения  потребностей государства, юридических  и физических лиц в достоверной  информации, необходимой для предотвращения и (или) уменьшения неблагоприятных последствий изменения состояния окружающей среды. Порядок организации и осуществления государственного мониторинга окружающей среды устанавливается Правительством РФ. Информация о состоянии окружающей среды, ее изменении, полученная при осуществлении государственного мониторинга окружающей среды, используется органами государственной власти РФ и субъектов РФ, органами местного самоуправления для разработки прогнозов социально-экономического развития и принятия соответствующих решений, разработки федеральных программ в области экологического развития РФ, целевых программ в области охраны окружающей среды субъектов РФ и мероприятий по охране окружающей среды.

   С целью повышения  эффективности работ по сохранению  и улучшению состояния окружающей  среды Постановлением Правительством  РФ от 24 ноября 1993 г. создана Единая  государственная система экологического  мониторинга. В ней участвуют  все специально уполномоченные  государственные органы в области  охраны окружающей среды и  использования природных ресурсов.

   Наиболее солидной  базой мониторинга обладает Росгидромет,  являющийся специально уполномоченным  государственным органом в данной  сфере. Органами Росгидромета  проводятся следующие основные  виды наблюдений:

   - за состоянием  загрязнения воздуха в городах  и промышленных центрах;

   - за состоянием  загрязнения почв пестицидами  и тяжелыми металлами;

   - за состоянием  загрязнения поверхностных вод  суши и морей;

   - за трансграничным  переносом веществ, загрязняющих  атмосферу;

   - комплексные наблюдения  за загрязнением природной среды  и состоянием растительности;

   - за химическим  составом и кислотностью атмосферных  осадков и снежного покрова;

   - за фоновым загрязнением  атмосферы;

   - за радиоактивным  загрязнением природной среды.

   В частности, по  состоянию на 1 января 2006 г. наблюдения  за загрязнением атмосферы проводятся  регулярно в 229 городах и населенных  пунктах РФ на 629 стационарных  постах Росгидромета. В большинстве  городов измеряются концентрации  от 5 до 25 веществ. Наблюдениями за  загрязнением поверхностных вод  суши по гидрохимическим показателям  охвачены 1182 водных объекта, на  которых находится 1810 пунктов  (2482 створа). В 2005 г. отбор проб  по физическим и химическим  показателям с одновременным  определением гидрологических показателей  проводился на 1716 пунктах (2390 створов).

   Получает развитие  производственный экологический  мониторинг, то есть мониторинг, осуществляемый предприятиями. К  примеру, с октября 1995 г. создана  система мониторинга в АО "Газпром". При ее проектировании предусматривается  мониторинг источников загрязнения,  объемов выбросов загрязняющих  веществ в атмосферу и сброса  сточных вод; информационное взаимодействие  с территориальными службами  Росгидромета и другими органами.

   Одним из основных  результатов проведения мониторинга  окружающей среды является получение  данных о ее состоянии. Федеральным  законом "О гидрометеорологической  службе" предусмотрено создание  единого государственного фонда  данных о состоянии окружающей  природной среды, ее загрязнении. Единый государственный фонд данных представляет собой упорядоченную, постоянно пополняемую совокупность документированной информации о состоянии окружающей природной среды, ее загрязнении, получаемой в результате деятельности Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, других заинтересованных федеральных органов исполнительной власти, их территориальных органов, органов исполнительной власти субъектов Российской Федерации, физических и юридических лиц независимо от их организационно-правовой формы в области гидрометеорологии и смежных с ней областях (метеорологии, климатологии, агрометеорологии, гидрологии, океанологии, гелиогеофизики), мониторинга состояния окружающей природной среды, ее загрязнения. Он формируется на основе сбора, обработки, учета, хранения и распространения документированной информации о состоянии окружающей природной среды, ее загрязнении. Создание и ведение единого государственного фонда данных о состоянии окружающей природной среды, ее загрязнении регулируется Постановлением Правительства РФ от 21 декабря 1999 г.

   В соответствии  с Федеральным законом "О  гидрометеорологической службе" информация о состоянии окружающей  природной среды, ее загрязнении  предоставляется пользователям  (потребителям) бесплатно, а также  на основе договоров (ст. 17). Положением  об информационных услугах в  области гидрометеорологии и  мониторинга загрязнения окружающей  природной среды, утвержденным  Постановлением Правительства РФ  от 15 ноября 1997 г., конкретизированы  условия предоставления информации. Бесплатно информация в области  гидрометеорологии и мониторинга  окружающей природной среды общего  назначения предоставляется органам  государственной власти РФ и  ее субъектов, органам единой  государственной системы предупреждения  и ликвидации чрезвычайных ситуаций. Другим пользователям (потребителям) информация в области гидрометеорологии и мониторинга окружающей природной среды общего назначения предоставляется за плату в размерах, возмещающих расходы на ее подготовку, копирование и передачу по сетям электрической и почтовой связи.

   Данные мониторинга  природной среды служат основой  для ведения государственных  кадастров природных ресурсов, а  также для принятия экологически  значимых хозяйственных и иных  решений.

Сам термин «мониторинг» впервые  появился в рекомендациях специальной  комиссии СКОПЕ (научный комитет  по проблемам окружающей среды) при  ЮНЕСКО в 1971 году, а в 1972 году уже  появились первые предложения по Глобальной системе мониторинга  окружающей среды (Стокгольмская конференция  ООН по окружающей среде).

Мониторингом окружающей среды называют регулярные, выполняемые по заданной программе наблюдения природных сред, природных ресурсов, растительного и животного мира, позволяющие выделить их состояния и происходящие в них процессы под влиянием антропогенной деятельности.

Под экологическим мониторингом следует понимать организованный мониторинг окружающей природной среды, при котором, во-первых, обеспечивается постоянная оценка экологических условий среды обитания человека и биологических объектов (растений, животных, микроорганизмов и т. д.), а также оценка состояния и функциональной ценности экосистем, во-вторых, создаются условия для определения корректирующих воздействий в тех случаях, когда целевые показатели экологических условий не достигаются.

Основные задачи экологического мониторинга:

• наблюдение за источниками и факторами антропогенного воздействия;
• наблюдение за состоянием природной среды и происходящими в ней процессами под влиянием факторов антропогенного воздействия;
• оценка фактического состояния природной среды;
• прогноз изменения состояния природной среды под влиянием факторов антропогенного воздействия и оценка прогнозируемого состояния природной среды.

В государственной системе  управления природоохранной деятельностью  в Российской Федерации важную роль играет формирование единой государственной  системы экологического мониторинга (ЕГСЭМ).

При этом распределение функций  между центральными органами федеральной  исполнительной власти осуществляется следующим образом.

Госкомэкологии (бывш. Минприроды России): координация деятельности министерств и ведомств, предприятий и организаций в области мониторинга окружающей природной среды; организация мониторинга источников антропогенного воздействия на окружающую среду и зон их прямого воздействия; организация мониторинга животного и растительного мира, мониторинг наземной фауны и флоры (кроме лесов); обеспечение создания и функционирования экологических информационных систем; ведение с заинтересованными министерствами и ведомствами банков данных об окружающей природной среде, природных ресурсах и их использовании.

Росгидромет: организация мониторинга состояния атмосферы, поверхностных вод суши, морской среды, почв, околоземного космического пространства, в том числе комплексного фонового и космического мониторинга состояния окружающей природной среды; координация развития и функционирования ведомственных подсистем фонового мониторинга загрязнения окружающей природной среды; ведение государственного фонда данных о загрязнении окружающей природной среды.

Роскомзем: мониторинг земель.

Министерство природных  ресурсов (включая бывш. Роскомнедра и Роскомвоз): мониторинг недр (геологической среды), включая мониторинг подземных вод и опасных экзогенных и эндогенных геологических процессов; мониторинг водной среды водохозяйственных систем и сооружений в местах водосбора и сброса сточных вод.

Роскомрыболовство: мониторинг рыб, других животных и растений.

Рослесхоз: мониторинг лесов.

Роскартография: осуществление топографо-геодезического и картографического обеспечения ЕГСЭМ, включая создание цифровых, электронных карт и геоинформационных систем.

Госгортехнадзор России: координация развития и функционирования подсистем мониторинга геологической среды, связанных с использованием ресурсов недр на предприятиях добывающих отраслей промышленности; мониторинг обеспечения промышленной безопасности (за исключением объектов Минобороны России и Минатома России).

Госкомэпиднадзор России: мониторинг воздействия факторов среды обитания на состоянием здоровья населения.

Минобороны России: мониторинг окружающей природной среды и источников воздействия на нее на военных объектах; обеспечение ЕГСЭМ средствами и системами военной техники двойного применения.

Госкомсевер России: участие в развитии и функционировании ЕГСЭМ в районах Арктики и Крайнего Севера.

Построение измерительного комплекса систем единого экологического мониторинга (ЕЭМ) основывается на использовании  точечного и интегрального методов  измерений с помощью стационарных (стационарные посты наблюдения) и мобильных (автомобили-лаборатории и аэрокосмические средства) систем. Следует отметить, что аэрокосмические средства привлекаются лишь при необходимости получения крупномасштабных интегральных показателей о состоянии окружающей среды.

Получение информации обеспечивается тремя группами приборов, измеряющими: метеорологические характеристики (скорость и направление ветра, температуру, давление, влажность атмосферного воздуха  и пр.), фоновые концентрации вредных  веществ и концентрации загрязняющих веществ вблизи источников загрязнения окружающей среды.

Региональная подсистема ЕЭМ предполагает работу с большими массивами разнообразной информации, включающими данные: по структуре  энергопроизводства и энергопотребления региона, гидрометеорологических измерений, о концентрациях вредных веществ в окружающей среде; по итогам картографирования и аэрокосмического зондирования, о результатах медико-биологических и социальных исследований и др.

Одной из основных задач  в этом направлении является создание единого информационного пространства, которое может быть сформировано на основе использования современных  геоинформационных технологий. Интеграционный характер геоинформационных систем (ГИС) позволяет создать на их основе мощный инструмент для сбора, хранения, систематизации, анализа и представления информации.

При необходимости визуализировать  имеющуюся информацию в виде карты  с графиками или диаграммами, создать, дополнить или видоизменить базу данных пространственных объектов, интегрировать ее с другими базами единственно верным решением будет  обращение к ГИС.

Система единого экологического мониторинга предусматривает не только контроль состояния окружающей среды и здоровья населения, но и  возможность активного воздействия на ситуацию. Используя верхний иерархический уровень ЕЭМ (сфера принятия решения), а также подсистему экологической экспертизы и оценки воздействия на окружающую среду, появляется возможность управления источниками загрязнения на основании результатов математического моделирования промышленных объектов или регионов. Моделирование текущей ситуации позволяет с достаточной точностью выявить очаги загрязнения и выработать адекватное управляющее воздействие на технологическом и экономическом уровнях.

Таким образом, единая государственная  система экологического мониторинга, несмотря на известные трудности, обеспечивает формирование массива данных для  составления экологических карт, разработки ГИС, моделирования и  прогноза экологических ситуаций в  различных регионах России.

3. Практическая часть.

Стебель – составная часть побега растений, он проводит питательные вещества и выносит листья к свету. В стебле могут откладываться запасные питательные вещества, на нем развиваются листья, цветки, плоды с семенами.  Наряду с типичными у растений часто развиваются видоизмененные побеги, что связано с выполнением ими других функций. Какие функции выполняют видоизмененные побеги в связи с приспособлением растений к разным условиям существования? Заполните таблицу. Как доказать, что клубень и луковица являются видоизмененными побегами?

Таблица.1 - Видоизмененные побеги растений

Клубнями называют верхушечные  утолщения таких подземных побегов. Клубень имеет сильно укороченные  междоузлия, хлорофилла он не содержит, но, выставленный на свет, может зеленеть. Рассмотрите клубень картофеля, и вы увидите почки. Они по 2—3 штуки расположены в особых углублениях. Их называют глазками. Глазков с почками больше на той части клубня, которую называют верхушкой. Часть клубня, противоположную верхушке, называют основанием. Своими основаниями клубни прикреплялись к столонам — подземным побегам картофеля.Из листьев картофеля в столоны постоянно оттекают органические вещества и в виде крахмала откладываются в их верхушках. Верхушки столонов растут, увеличиваются и к осени превращаются в клубни. Почки, расположенные в глазках, а также пробка и строение остальных частей клубня убеждает в том, что клубень картофеля — видоизмененный побег, растущий под землей.

Луковица огородного репчатого  лука известна всем. В нижней части  луковицы расположен укороченный плоский  стебель, называемый донцем. На донце  располагаются видоизмененные листья — чешуи. Наружные чешуи сухие, кожистые, а внутренние белые, мясистые и сочные. В них отложены запасы сахара. Если разрезать луковицу вдоль, то можно  увидеть не только видоизмененные листья (чешуи) и донце, но и почки, расположенные  в пазухах чешуй. На донце луковицы репчатого лука, между чешуями, обычно располагается одна или несколько  почек. Изучив строение луковицы, вы убедитесь, что луковица, как и клубень, является видоизмененным побегом.

Список литературы:

1.   Агаджанян, Н.А. Экология человека Н.А. Агаджанян, В. И. Торшин.− М.: Крук, 2004. − 256 с.
2.   Бродский, А.К. Введение в проблемы биоразнообразия А.К. Бродский. – СПб.: ДЕАН, 2002.− 65 с.
3.   Гумилев, Л.Н. Этногенез и биосфера Земли / Л.Н. Гумилев. – Л.: Изд-во Ленингр. гос. ун-та, 1999.− 165 с.
4.   Грин, Н. Биологии : в 3 т./ Н. Грин, У. Стаут, Д. Тейлор; под общей ред. Р.Сопера.– М.: Мир, 2000.: Т.1− 358; Т.2− 325; Т. − 435 с.
5.   Кузнецов, М.А. Полевой практикум по экологии / М.А. Кузнецов, А.К. Ибрагимов. - М.: Наука, 2004. − 215 с.
6.   Казначеев, В.П. Очерки теории и практики экологии человека / /В.П.Казначеев. – М.: Наука, 2003. −122 с.
7.   Растения и животные / К. Нидон, И. Петерман, П. Шеффель, [и др.]− М.: Мир, 2001.− 260 с.
8.   Одум, Ю. Основы экологии / Ю.Одум. – М.: Наука, 2005. −302 с.