Свет и его роль в жизни организмов. Фотопериодизм. Биоклиматический закон Хопкинса

1. Свет и его роль в жизни организмов. Фотопериодизм. Биоклиматический закон Хопкинса.

Свет - это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле. Он участвует в процессе фотосинтеза, обеспечивая создание органических соединений из неорганических растениями Земли. В фотосинтезе используется лишь часть спектра в пределах от 380 до 760 нм, которую называют областью физиологически активной радиации (ФАР). Внутри нее для фотосинтеза наибольшее значение имеет красно-оранжевое излучение (600 - 700 нм) и фиолетово-голубое (400 - 500 нм), наименьшее - желто-зеленое (500 - 600 нм). Последнее отражается листвой растений, что и придает хлорофиллоносным растениям зеленую окраску.

Однако свет является не только энергетическим ресурсом, но и важнейшим экологическим фактором, существенно влияющим на биоту в целом и на адаптационные процессы в организмах.

За пределами оптической области спектра остаются инфракрасное и ультрафиолетовое излучения. УФ-излучение переносит значительное количество энергии и обладает фотохимическим действием. Живые организмы очень чувствительны к УФ-излучению. ИК-излучение несет гораздо меньшую энергию, легко поглощается водой; но некоторые сухопутные организмы используют его для поднятия температуры тела выше окружающей.

Большое значение для организмов имеет интенсивность освещения. По этому признаку растения делятся на светолюбивые (гелиофиты), тенелюбивые (сциофиты) и теневыносливые. Первые две группы обладают разными диапазонами толерантности в пределах возможных уровней освещенности. Яркий солнечный свет оптимален для луговых трав, хлебных злаков, сорняков и др., слабая освещенность - для растений таежных ельников, лесостепных дубрав, тропических лесов. Первые не выносят тени, вторые - яркого солнечного света. Теневыносливые растения имеют широкий диапазон толерантности к свету и могут развиваться как при высокой освещенности, так и в тени.

Свет имеет большое сигнальное значение, вызывая регуляторные адаптации организмов. Одним из самых надежных сигналов, регулирующих сезонную активность организма, является продолжительность светового дня - фотопериод. Длина светового дня на данной широте, в данное время года всегда одинакова, что позволяет животным и растениям определиться с моментом возрастания активности, т.е. временем начала цветения, созревания и т.п.

Кроме фотопериодизма имеют место и внешние суточные ритмы, обусловленные сменой дня и ночи. Суточная цикличность жизнедеятельности у животных и человека со временем становится врожденным свойством вида, т.е. превращается во внутренние (эндогенные) ритмы. Эти ритмы помогают организму чувствовать время, и эту способность называют биологическими часами.

Фотопериодизм, хотя и закреплен наследственно, проявляется лишь в сочетании с другими факторами, например, температурой: при одинаковой продолжительности светового дня растение зацветает позже в случае холодов. В субтропической и тропической зонах, где длина светового дня мало изменяется от сезона к сезону, на смену фотопериоду приходит чередование засушливых и дождливых сезонов, а в высокогорье главным сигнальным фактором становится температура.

Так же, как и на растениях, погодные условия отражаются на пойкилотермных животных, а гомойотермные на изменение погодных условий отвечают изменениями в своем поведении: изменяются сроки миграции, гнездования и т.д.

Человек научился использовать описанные выше явления. Длину светового дня можно изменять искусственно, тем самым изменяя сроки цветения и плодоношения растений (выращивание рассады еще в зимний период и даже плодов в теплицах), увеличивая яйценоскость кур и др.

Развитие живой природы по сезонам года происходит в соответствии с биоклиматическим законом, который носит имя Хопкинса: сроки наступления различных сезонных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря. Значит, чем севернее, восточнее и выше местность, тем позже наступает весна и раньше осень. Для Европы на каждом градусе широты сроки сезонных событий наступают через три дня, в Северной Америке ¾ в среднем через четыре дня на каждый градус широты, на пять градусов долготы и на 120 м высоты над уровнем моря.

Знание фенодат имеет большое значение для планирования различных сельхозработ и других хозяйственных мероприятий.

2. Пищевые цепи, пищевые сети, трофические уровни в экосистемах.

Тропические растения служат кормом для оленей, которыми, в свою очередь, питаются ягуары (рис. 9.1). Подобным образом формируются так называемые пищевые цепи (цепи питания, трофические цепи). Стрелки на схеме пищевой цепи обычно показывают направление перемещения биологической продукции. Пищевая (трофическая) цепь – последовательный, ступенчатый перенос продукции (вещества и энергии) от продуцентов через ряд организмов, происходящий путем поедания биомассы одних организмов другими.

Сложное переплетение пищевых цепей в экосистеме образует пищевые сети. Весь ряд организмов (популяций) в пищевой сети экосистемы можно представить в виде совокупности взаимосвязанных блоков (рис. 9.1 – 9.3), в которой продукция передаётся от автотрофов (продуцентов) гетеротрофам (консументам и редуцентам).

Трофическая структура экосистем, функционирующих многие столетия и тысячелетия, должна быть выстроена даже не с математической, а с экологической точностью. Хищники, полностью уничтожившие популяции своих жертв, и травоядные, уничтожившие популяции растений, неизбежно и сами были обречены на вымирание. Невообразимое количество «негодных» или даже «менее удачных» сочетаний продуцентов, консументов и редуцентов, образующих биотические сообщества, в ходе естественного отбора были попросту безжалостно уничтожены. Поэтому нет ничего удивительного в том, что строгие ограничения, налагаемые законами термодинамики, давно «учтены» в природных экосистемах.

Первое ограничение связано с законом сохранения энергии – зелёные растения (фотоавтотрофы) не создают энергию «из ничего», они лишь трансформируют солнечную энергию в химическую энергию органических веществ. Поэтому продуктивность экосистем ограничена количеством энергии, поступающим от Солнца в единицу времени на единицу площади земной (или водной) поверхности.

Второе ограничение связано с тем, что при каждом очередном переносе от блока к блоку в пищевой цепи, часть потенциальной химической энергии пищи превращается в тепло и рассеивается в окружающей среде, «теряется» (КПД меньше 100%). Поэтому, чем больше посредников при передаче энергии в пищевой цепи, тем меньше энергии пищи остается организму (популяции).

Количество посредников (считая от первичного источника энергии) определяет и трофический уровень, который занимает в пищевой цепи организм (популяция). Продуценты занимают первый трофический уровень, фитофаги – второй уровень (уровень консументов 1-го порядка), хищники, поедающие фитофагов, – третий (уровень консументов 2-го порядка) и так далее (рис. 9.1 – 9.3).

Рис. 9.1. Основные потоки энергии в экосистеме влажного вечнозелёного тропического леса Южной Америки (фрагмент, по П.П. Второву, Н.Н. Дроздову, 2001).

Рис. 9.2. Основные потоки превратимой энергии в обобщенной экосистеме северных морей (схематично, по данным Г.Г. Матишова, В.В. Денисова, 1999).

Рис. 9.3. Основные потоки превратимой энергии в обобщённой экосистеме тундры (упрощённо; фрагмент, по П.П. Второву, Н.Н. Дроздову, 2001).

Выделяют два основных типа пищевых цепей: пастбищнуюпищевуюцепь (цепь выедания) и детритнуюпищевую цепь (цепь разложения).Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетаются, образуя пищевыесети.

Пастбищная пищевая цепь начинается с продуцентов и идёт к потребителям, поедающим преимущественно живую биомассу, и их хищникам.

Детритная пищевая цепь начинается от мертвого органического вещества продуцентов (детрита) и идёт к сапротрофам (детритофагам) и их хищникам (рис. 9.1 – 9.3).

Пример (заяц и капуста)

В процессе фотосинтеза капуста (высшее растение, фотоавтотрофный организм, продуцент) из углекислого газа и воды, используя солнечную энергию, синтезирует «богатые» энергией органические вещества – первичные углеводы Сm(Н2О)n.

Центральный процесс биоэнергетики экосистем – процесс фотосинтеза

СО2 + 2Н2О +hv Þ (CН2О) + Н2О + О2

В дальнейшем, в ходе сложных биохимических реакций, растение на основе углеводов синтезирует другие необходимые ему органические вещества – белки, нуклеиновые кислоты, растительные масла, сложные углеводы. Из этих органических веществ, а также из воды и минеральных солей состоит капуста; эти вещества (все вместе) и составляют первичную биологическую продукцию.

Заяц, млекопитающее, гетеротроф, консумент 1-го порядка, съедает капусту. Растительные органические вещества, содержащиеся в капусте, в желудке зайца расщепляются на простые составляющие, в таком виде всасываются (ассимилируются), попадают в кровь и разносятся ко всем клеткам заячьего организма. Из этих простых составляющих в клетках зайца синтезируются новые белки, жиры, нуклеиновые кислоты и углеводы – специфические органические вещества, из которых и строятся ткани зайца. Эти органические вещества, а также вода и некоторые минеральные соли могут образовать вторичную продукцию.

Далеко не вся съеденная зайцем первичная продукция пойдет на построение его тела. Во-первых, значительная часть капусты не будет усвоена (неусвоенная, неассимилированная часть продукции). То, что усвоится, называется ассимилированной продукцией. Но за свою короткую жизнь заяц усваивает, ассимилирует в десятки раз больше продукции, чем требуется для построения его тела. Для чего? А человек?

Оказывается, большая часть ассимилированных органических веществ используется не в качестве материала для построения тела зайца, а в качестве источника энергии! Действительно, заяц бегает, прыгает и прочее, т. е. совершает огромную работу, а для этого нужна энергия. Непосредственно улавливать и переводить в работу мышц солнечную энергию заяц не может. Он использует энергию, содержащуюся в органических веществах капусты. Каким образом заяц высвобождает эту потенциальную энергию? Зачем он дышит? Дыхание это не только акт вдоха и выдоха воздуха. Мы прекрасно знаем, что дышат и водные организмы. Сущность аэробного дыхания – получение энергии за счет окисления органических веществ:

(СН2О) + О2 ферменты ® СО2 + Н2О; (АДФ ® АТФ)

Окисление органики в живых клетках аналогично процессу горения – также выделяется энергия, углекислый газ и вода, но значительная часть энергии запасается в АТФ, а затем расходуется на процессы обмена веществ, сокращения белков мышц и так далее.

Большая часть ассимилированной первичной продукции будет израсходована на собственные энергетические нужды зайца, составит статью расходов на дыхание. Другая часть пойдет на замену погибших клеток и их компонентов, и лишь относительно небольшая часть ассимилированной продукции пойдет на прирост биомассы зайца, составит вторичную продукцию. 

Модель потока энергии в пищевой цепи экосистемы

Рассмотрим упрощенную модель потока энергии в пастбищной пищевой цепи (рис. 9.4). Здесь сделано допущение, что продуктивность и биомасса на всех трофических уровнях остаются постоянными. В реальной экосистеме всё гораздо сложнее. Основная идея модели (E. Odum, 1963) – соединить звенья пищевой цепи системой взаимосвязанных труб, диаметр которых соответствует потоку (количеству) энергии.

Рис. 9.4. Упрощённая схема потока энергии в пищевой цепи (по Ю. Одуму, 1986).

Обозначения к рис. 9.4:

L и I – общее поступление  энергии; La – свет, поглощаемый растительным  покровом; Pg – валовая первичная  продукция; А – общая ассимиляция; Рn – чистая первичная продукция; Р – вторичная продукция (консументов); NU – неиспользуемая (накапливаемая или экспортируемая) энергия; NA – неассимилированная консументами, выделенная с экскрементами, энергия; R – дыхание. Цифры внизу показывают уменьшение доступной энергии при каждом переносе, начиная с поступления солнечного излучения в количестве 3000 ккал/м2 в сутки

Количество солнечной энергии, поступающей на единицу площади земной поверхности за определенное время (например, 3000 ккал/м2 в сутки) – это тот максимум энергии, который может передаваться от блока к блоку в пищевой цепи.

Проанализируем, как работает модель пастбищной пищевой цепи наземной экосистемы с участием человека. Известно, что человек тратит около 3000 ккал энергии пищи в сутки. Примерно такое же количество солнечной энергии поступает на 1 м2 земной поверхности в умеренных широтах. Но человек не может непосредственно использовать солнечную энергию для обеспечения всех процессов жизнедеятельности. Он должен получить энергию в форме экзогенных органических веществ (с пищей).

Непосредственно использовать солнечную энергию могут лишь продуценты. Следовательно, в пищевой цепи человек может находиться на втором трофическом уровне или выше. Появляется посредник между человеком и солнечной энергией – продуценты, зеленые растения. Насколько эффективно работает этот посредник (см. рис. 9.4)? Из 3000 ккал/м2 в сутки солнечной энергии (L) растения используют для фотосинтеза примерно половину, 1500 ккал (La).

Из 1500 ккал поглощенной растениями энергии (La) только 2% будут аккумулированы в виде потенциальной химической энергии глюкозы, что составит 30 ккал/м2 в сутки. Остальная энергия в форме тепла будет рассеяна в окружающей среде (потери при фотосинтезе).

Из запасённых в процессе фотосинтеза 30 ккал энергии (валоваяпервичнаяпродукция, Pg), растения израсходуют на процессы собственной жизнедеятельности примерно половину (дыханиерастений, Ra) и только 15 ккал/м2 в сутки составятчистуюпервичнуюпродукцию (Pn), доступную гетеротрофам (и человеку).

Таким образом, из поступающих 3000 ккал/м2 в сутки солнечной энергии только 15 ккал/м2 в сутки (в нашем примере) могут достаться человеку. А это означает, что для обеспечения его энергетических потребностей понадобится уже не 1 м2 сельхозугодий, а минимум 200 м2.

Но человек употребляет в пищу не все растение целиком. Только одна треть ЧПП составит собственно урожай, пригодную для питания продукцию. Следовательно, минимальная площадь возрастет еще в три раза и составит 600 м2 (знаменитые шесть соток). И это без учета потерь при транспортировке, хранении и кулинарной обработке! А вредители? А что делать зимой, когда растения не фотосинтезируют?

Человек любит мясо. «Передвинем» его на следующий трофический уровень – уровень плотоядных (на схеме). В этом случае между человеком и солнечной энергией появится еще один посредник – травоядные животные.

Травоядные животные теоретически могут получать только 15 ккал/м2 в сутки энергии, содержащихся в ЧПП. Но часть продукции не будет ими использована (NU–неиспользуемаяэнергия), а часть съеденной продукции не будет усвоена (NA–неассимилированная, выделяемая с экскрементами энергия). Эта часть энергии «перетечет» в детритную пищевую цепь. Только 3 из 15 ккал/м2 в сутки будут ассимилированы травоядными животными (А– энергия ассимилированнойпродукции). Но около половины ассимилированной продукции будет израсходовано на процессы жизнедеятельности самих животных (расходы на гетеротрофноедыхание, Rh), а выход собственновторичнойпродукции(Р) составит всего 1,5 ккал/м2 в сутки.

Таким образом, два посредника оставляют человеку всего 1,5 из поступающих 3000 ккал/м2 в сутки (или 0,05%) солнечной энергии! В частности, это означает, что любители мяса должны позаботиться и о земельном участке площадью не менее 0,2 га, а с учетом неизбежных отходов, потерь и неблагоприятного для фотосинтеза периода – более 0,5 га на каждого едока!

Вот почему население беднейших стран питается почти исключительно растительной пищей – меньше посредников. Вот почему крупные хищники имеют такие большие охотничьи участки.

Вернёмся к схеме потока энергии (рис. 9.4) и ответим на некоторые вопросы.

1. Почему схема называется  упрощённой?

- На схеме не показана  детритная пищевая цепь и сложный  характер «перетекания энергии»  между пастбищной и детритной  пищевой цепью и различными «блоками» системы. Известно, что в экосистемах большая часть энергии «течет» именно в детритной пищевой цепи! Прямое изъятие травоядными более 30 – 50% прироста наземной растительности ведет к деградации экосистемы. Постоянство биомассы на разных трофических уровнях – это тоже упрощение.

2. Соблюдаются ли законы  термодинамики в приведенной  модели?

- Безусловно, да. Поступление  энергии к любому из блоков (приход) точно уравновешивается  ее расходом. Если бы «трубы»  были изображены в соответствующем  масштабе, то диаметр любой входящей трубы был бы равен сумме диаметров выходящих труб (в соответствии с законом сохранения энергии). Трансформация энергии каждым из блоков сопровождается ее потерями в виде тепла. Поэтому КПД трансформации энергии всегда меньше 100%.

3. Если энергия не исчезает, то почему не может существовать  круговорот энергии в экосистеме? И почему мы говорим о потерях энергии в виде тепла?

- Энергия не исчезает. Но та часть энергии, которая  переходит в форму тепловой  энергии, уже не может использоваться растениями (или другими организмами) для синтеза органического вещества. В этом смысле мы говорим о «потерях» тепловой энергии. В этом причина однонаправленного потока, а не круговорота энергии.

4. Всегда ли в экосистемах  только 10% ЧПП трансформируется во вторичную продуктивность травоядных и так далее (закон Линдемана)?

- Нет. На схеме приведены  лишь характерные величины эффективности  трансформации энергии. В моделях, описывающих конкретные экосистемы, числовые значения могут быть  иными, хотя порядок величин останется прежним.

5. Безразлично ли человеку  с какой пищей (не принимая  в расчет вкусовых качеств) получать  «свои» ~ 2600 – 3000 ккал в сутки?

- Нет. Качество пищи имеет  не меньшее значение, чем ее  калорийность. Определенное количество  так называемых незаменимыхаминокислот, незаменимых жирных кислот и витаминов человек должен получать в готовом виде с пищей (эти вещества не могут синтезироваться в клетках человека). Нетрудно догадаться, что именно эти незаменимые вещества и содержатся, как правило, в дорогостоящих продуктах питания (животной пище или заморских фруктах зимой).

3. Здоровье человека и факторы его формирующие.

К факторам среды, формирующим здоровье населения, относятся: общие особенности природных условий; состояние водных ресурсов и атмосферного воздуха; состав и состояние растительного и животного мира; устойчивость естественных экосистем и возможности проявления чрезвычайных ситуаций природного характера; хозяйственная деятельность человека и ее влияние на окружающую среду; радиационно опасные объекты и радиационное загрязнение; социально-бытовые и производственные условия и некоторые другие.

В России наиболее плотно заселены центр и юг европейской части. Число дней с температурами воздуха ниже нуля колеблется здесь в пределах 60-150, то есть от 2 до 5 месяцев в году температура воздуха не поднимается выше нуля. Это значительно отличается от тех условий, в которых живет население Западной Европы, где зимние температуры редко опускаются ниже нуля. Максимальная продолжительность зимы достигает в России 300 дней (на арктических островах), минимальная – 60 дней (в Дагестане).

Так называемую «жесткость климата» определяет частота ветров в зимний период силой более 10 м/сек. Наиболее высок этот показатель в приморских районах севера России и в зоне Прикаспия.

Для оценки благоприятности или неблагоприятности климатических условий кроме названных выше двух показателей – продолжительность зимы и частота сильных зимних ветров – используют и некоторые другие. Такие, как температурный баланс территории, количество осадков, влажность и некоторые другие. Очень важными являются факторы, определяющие эффективность сельскохозяйственного производства, то есть возможности территории для производства продуктов питания.

Хозяйственная деятельность человека вносит свой вклад в формирование здоровья населения за счет загрязнения и разрушения природной среды и истощения природных ресурсов.

Оказывая негативное воздействие на окружающую среду, человек сам же страдает от этого, так как вынужден пользоваться питьевой водой из загрязненных им же источников, выращивать сельскохозяйственную продукцию на загрязненных и истощенных почвах, дышать воздухом, в котором содержится значительное количество токсичных и канцерогенных примесей.

К питьевой воде предъявляются следующие требования. Она должна быть безопасной: в ней должны отсутствовать болезнетворные микроорганизмы. Она должна быть безвредной – в ней должны отсутствовать вредные химические примеси. Она должна быть эстетичной – прозрачной, без запаха и вкуса. Но это – должно быть. А как на самом деле?

Известно, что вода Волги по пути от истока к устью несколько раз полностью забирается для бытовых и хозяйственных нужд и возвращается в виде загрязненных стоков. Только благодаря не до конца еще утраченной естественной способности к самоочищению волжская вода может использоваться для питьевых нужд. Причем во многих небольших населенных пунктах волжская вода используется в этих целях без какой либо обработки.

Не лучше ситуация с питьевой водой и в других регионах. В настоящее время около 50% населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям. По данным Всемирной Организации Здравоохранения около 80% всех инфекционных заболеваний в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды. Общее количество людей, болеющих в связи с использованием загрязненной воды на планете, приближается к двум миллиардам. Через загрязненную микроорганизмами питьевую воду передаются такие заболевания как холера, брюшной тиф, дизентерия, гепатит и многие другие, в том числе и гельминтные заболевания.

Химическое загрязнение питьевой воды приводит к попаданию в организм человека в малых дозах и накоплению в нем таких опасных веществ, как тяжелые металлы, ядохимикаты, диоксины и многие другие. Они могут стать причиной онкологических. заболеваний, астмы и т.д.

Для получения максимального количества сельскохозяйственной продукции применяется большое количество химических удобрений и ядохимикатов. При выращивании домашних животных все чаще и чаще используются кормовые добавки, которые тоже не безопасны для человека, потребляющего эту продукцию. Ядохимикаты и другие загрязняющие сельскохозяйственную продукцию вещества, как правило, накапливаются в сельхозпродукции и с ней поступают в организм человека. Кроме того, при переработке продукции растениеводства и животноводства используется большое количество вкусовых добавок и красителей. Они также не всегда безопасны для здоровья человека.

Для лечения заболеваний человек использует большое количество лекарственных препарат.Первоначально они готовились из естественных продуктов – природных минералов, растений, иногда, животных. Но с развитием химических и микробиологических технологий стали появляться препараты, отсутствующие в естественной природе. Многие новые лекарственные препараты позволили людям взять под контроль и значительно сократить распространение большого количества опасных заболеваний.

Однако химические препараты не всегда благоприятно воздействуют на организм человека. Многие из них имеют побочное действие. Кроме того, бесконтрольное применение препаратов, часто несовместимых друг с другом, становится неблагоприятным фактором, влияющим на здоровье человека. Очень часто отрицательные последствия, вызванные чрезмерным или непродуманным использованием лекарственных средств, накладываются и усиливаются влиянием загрязнения окружающей среды (питьевой воды, атмосферного воздуха, пиши).

Особая среда обитания человека возникает в городах и других крупных населенных пунктах. Комфортные условия жизни в городах часто сопровождаются целым комплексом неблагоприятных для человека им же созданных факторов. Это связано не только с тем, что в городах сконцентрированы промышленное производство и транспорт, сильно загрязняющие городскую среду. Вследствие использования искусственного освещения изменяется естественный ритм жизни человека. Строительные материалы и детали мебели часто также оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека выделением различных токсичных веществ и ионизирующим излучением. Шум, вибрация и другие неблагоприятные факторы физической природы оказывают неблагоприятное влияние на здоровье.

Экология городских популяций человека изучена еще недостаточно хорошо. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что здесь идет интенсивный отбор индивидуумов, наиболее приспособленных к городской среде. Но эти процессы сопровождаются относительно высокой смертностью городского населения от болезней и различных аварийных ситуаций.

4. Защита биотических сообществ. Особо охраняемые природные территории. Красные книги.

К наиболее эффективным формам охраны биотических сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных территорий.

Особо охраняемые природные территории (ООПТ) ¾ это участки суши или водной поверхности, которые в силу своего природоохранного и иного значения, полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны.

Особо охраняемые природные территории, закон о которых был принят Государственной Думой 15 февраля 1995 г., предназначены для поддержания экологического баланса, сохранения генетического разнообразия природных ресурсов, наиболее полного отражения биогеоценотического разнообразия биомов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них антропогенных факторов, а также для решения различных хозяйственных и социальных задач.

Согласно закону различают следующие основные категории указанных территорий:

А) государственные природные заповедники, в том числе биосферные;

Б) национальные парки;

В) природные парки;

Г) государственные природные заказники;

Д) памятники природы;

Е) дендрологические парки и ботанические сады.

Государственные природные заповедники ¾ участки территории, которые полностью изъяты из обычного хозяйственного использования с целью сохранения в естественном состоянии природного комплекса.

По Ф. Р. Штильмарку заповедник есть территория, на которой люди сознательно и добровольно прекращают всякую свою деятельность, всякое вмешательство в природные процессы, чтобы сравнивать последствия такого заповедания с освоенными землями.

В основу природно-заповедного дела положены следующие основные принципы:

¨ создание в заповедниках как своеобразных «эталонах» природы условий, необходимых для сохранения и развития всех видов животных и растений;

поддержание экологического равновесия ландшафтов путем охраны природных экосистем;

¨ возможность изучать эволюцию природных экосистем как в региональном, так и в более широком биогеографическом плане; решать многие аутэкологические и синэкологические вопросы;

сеть заповедных объектов должна отображать широтно-меридиональные, а в горных регионах ¾ высотные закономерности распространения экосистем;

¨ включение в сферу деятельности заповедников социально-экономических вопросов, связанных с удовлетворением рекреационных, краеведческих и иных нужд населения (Бондаренко и др., 1986).

Заповедники рассматривают и как природные комплексы, изъятые из хозяйственного оборота, и как научно-исследовательские учреждения, выполняющие научные, охранительные, культурно-просветительские и иные функции.

В 1997 г. в России насчитывалось 95 заповедников, общей площадью 310,27 тыс. км2, что составляет 1,53% всей территории России. Самые крупные из них Таймырский и Усть-Ленский, площадь каждого из них превышает 1,5 млн га. Уникальны по разнообразию растительного и животного мира нетронутые человеком уголки природы в Тебердинском (рис. 20.16), Алтайском, Кроноцком (Камчатка), Воронежском и других заповедниках нашей страны.