Биологическая регуляция геохимической среды

Биологическая регуляция геохимической среды

Эволюция биосферы свидетельствует, что при любом воздействии  на биосферу - природном или антропогенном - ее гомеостаз обеспечивается за счет сохранения биологического разнообразия. Отсюда очевидно, что экологические  условия есть продукт взаимодействия биоты и окружающей среды, и лишь правильная оценка этого взаимодействия позволяет разработать достоверные  методологические подходы к сохранению или даже к улучшению экологической  обстановки в случае ее нарушения  на всех экосистемных уровнях, вплоть до глобального.

Согласно первой концепции - традиционной - окружающая среда пригодна для  жизни в силу уникальных условий  на поверхности Земли, а естественная биота приспосабливается к любой  окружающей среде благодаря главному свойству жизни - способности к эволюции и непрерывной адаптации к  меняющимся условиям среды. При этом любые виды организмов, способные  адаптироваться к окружаюшей среде  и производить наибольшее количество потомков, могут составлять земную биоту.

Согласно традиционной концепции  изменение окружающей среды под  воздействием человека - это определенный этап естественного эволюционного  процесса - превращения биосферы в  новую глобальную биосистему, а природное  биоразнообразие - генетический ресурс человека, который следует сохранять  лишь в заповедниках, зоопарках и  генных банках. При этом безостановочный  экономический рост возможен лишь за счет непрерывного расширения использования  ресурсов биосферы.

Во второй концепции основная роль отводится биотической регуляции  окружающей среды. Биота Земли рассматривается  как единственный механизм пригодных  для жизни условий окружающей среды в локальных и глобальных масштабах. В случае прекращения  регулирующего воздействия биоты  физически неустойчивая окружающая среда быстро перейдет (примерно за 10 тыс. лет) в устойчивое состояние, как на Марсе или Венере, где  жизнь невозможна.

В этой концепции главным свойством  жизни считается способность  видов к поддержанию тех условий  окружающей среды, которые пригодны для существования биоты на любом  экосистемном уровне, а не способность  к непрерывной адаптации к  изменяющимся условиям среды. Биотическая  регуляция окружающей среды возможна в результате скореллированного  взаимодействия между организмами  и средой, которая подобна скореллированности клеток и органов внутри многоклеточного  организма. Работу по обеспечению поддержания  окружающей среды выполняют виды с оптимальной, а не с максимальной численностью. Именно они образуют сообщества и составляют земную биоту, обеспечивая стационарность численности  особей, регулярность популяционных  колебаний видов и предотвращают  популяционные взрывы, разрушающие  сообщества. Переход любого вида к  максимальному количеству потомков, относится к генетическому отклонению от нормы, и они немедленно вытесняются  из популяции. Механизм отбора в этом случае - конкурентное взаимодействие однородных сообществ.

При переходе окружающей среды в  новое состояние (например, изменение  восстановительной атмосферы на окислительную) обязательно происходит существенная перестройка биоты. Но перестройка осуществляется без  потери биотой способности предотвращать  переход среды в состояние, непригодное  для существования любой биоты. Это связано с тем, что существует несколько условий окружающей среды, пригодных для жизни, а эволюционирующая биота способна перебирать все приемлемые для жизни условия.

Жизнь на Земле существует около 4 млрд. лет, причем альтернативность вышеописанных  концепций сохраняется на протяжении всего этого периода. Но за этот период изменился диапазон условий, пригодных  для жизни, от локальных до глобальных масштабов. Это значит, что жизнь  все это время изменяла окружающую среду в благоприятном для  себя направлении, т. е. биотическая  регуляция среды имела место  с самого момента возникновения  жизни.

Существование биотической регуляции  окружающей среды доказывается рядом  факторов, важнейшими из которых являются следующие.

1. Выбросы неорганического углерода  из земных недр в атмосферу  с огромной точностью соответствуют  содержанию органического углерода  в осадочных породах, что обеспечивает  практически постоянное содержание  неорганического углерода в атмосфере  в течение сотен миллионов  лет.

2. Концентрация биогенных элементов  (C, N, P, O2) в океане сформирована  и поддерживается биотой, о чем  свидетельствует отношение C/N/P/O2, совпадающее с таковым при  синтезе органического вещества.

3. Круговорот воды на суше  также определяется биотой, так  как 2/3 осадков связано с испарением  воды на суше, в котором доминирующая  роль принадлежит биоте.

4. Незатронутая деятельностью человека  биота океана поглощает избыток  диоксида углерода, выбрасываемого  в атмосферу человеком, т. е.  действует в соответствии с  отрицательными обратными связями,  в то время как измененная  человеком биота суши утратила  эту способность.

5. Биотой океана поддерживается  концентрация диоксида углерода  в океане в три раза меньше, чем если бы ее воздействие  отсутствовало, так как потеря  органического углерода океаном  в атмосферу компенсируется поступлением  в океан органического углерода.

Биотическая регуляция исключает  адаптацию, и наоборот. Адаптационные  процессы связываются со способностью выживания организмов в определенных условиях, а если условия не меняются - нет и адаптации. При отсутствии адаптации биоты к искаженным условиям среды, разрушение биотической  регуляции обратимо. После прекращения  антропогенного возмущения происходит восстановление аборигенных сообществ, содержащих правильную информацию о нормальных условиях среды и способах их регуляции путем уже описанных выше сукцессионных процессов.

Таким образом, биотическая регуляция  окружающей среды - это механизм управления окружающей средой, основанный на отобранных в процессе эволюции видах, содержащих необходимую для управления средой генетическую информацию. Возможность  выживания человечества состоит  в восстановлении естественной биоты  на территориях, достаточных для  сохранения ее способности к регуляции  окружающей среды в глобальных масштабах. Главной экологической задачей  человечества должно считаться сохранение и восстановление естественной биоты  суши на Земле, которое должно сопровождаться полным прекращением дальнейшего освоения естественной биоты океана.

Человек, став мощным геологическим  фактором, оказывает глобальное воздействие  на биосферу. Биосфера, со своей стороны, через свои экологические законы, которые он вынужден соблюдать, чтобы  выжить, в том числе и закон  биотической регуляции окружающей среды, воздействует на человека. Создаются  условия, очень напоминающие сопряженную  эволюцию, или коэволюцию в системе  «человек - биосфера». Продуктом такой  коэволюции может стать так называемая «ноосфера», т. е. сфера разума.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Круговорот  углерода

Круговорот углерода, циркуляция углерода в биосфере - представляет собою сложную цепь событий. Наиболее важными звеньями ее являются усвоение углекислого газа из воздуха зелеными растениями в процессе фотосинтеза и возвращение углекислого газа в атмосферу при дыхании, а также при разложении тел животных, питающихся растениями.

 
Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена  на основе углеродного скелета. Атомы  углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете.Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO₂). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

- Углерод может оставаться в растениях, пока растения не погибнут. Тогда их молекулы пойдут в пищуредуцентам (организмам, которые питаются мертвым органическим веществом и при этом разрушают его до простых неорганических соединений), таким как грибы и термиты. В конце концов углерод вернется в атмосферу в качестве CO₂;

- Растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);

- Растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо — например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO₂ в морской воде также возможно несколько вариантов:

- Углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);

- Углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого  топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли  изъятый таким образом углерод  замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO₂ на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Составной частью этих поисков является установление количества CO₂, находящегося в тканях растений (например, в только что посаженном лесу) — ученые называют это стоком углерода. Поскольку правительства разных стран пытаются достичь международного соглашения по ограничению выбросов CO₂, вопрос сбалансированного соотношения стоков и выбросов углерода в отдельных государствах стал главным яблоком раздора для промышленных стран. Однако ученые сомневаются, что накопление углекислого газа в атмосфере можно остановить одними лесопосадками.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Изменения в экосистеме,протекающие  в процессе ее развития

Экосистемой называют совокупность продуцентов, консументов  и детритофагов, взаимодействующих  друг с другом и с окружающей их средой посредством обмена веществом, энергией и информацией таким  образом, что эта единая система  сохраняет устойчивость в течение  продолжительного времени.

Тенденции изменения  основных характеристик экосистем

Биоэнергетика развития экосистемы.

Аутогенная сукцессия при заселении  новых территорий (возникших в  результате извержения вулканов, строительства  новых водохранилищ) обычно начинается с несбалансированного сообщества. Метаболизм в таком сообществе характеризуется  тем, что валовая продукция (P) либо больше, либо меньше дыхания (R), в зависимости от того: является ли сукцессия автотрофной (P > R) или гетеротрофной (P < R); и процесс направлен в сторону более сбалансированного состояния, когда P = R. Иными словами, в зрелой, или климаксной, экосистеме наблюдается тенденция к равновесию между связанной энергией и энергией, затрачиваемой на поддержание биомассы (то есть суммарным дыханием сообщества). Таким образом, отношение P/R является функциональным показателем относительной зрелости экосистемы. 
Пока P больше R, в системе будут накапливаться органическое вещество и биомасса (B), в результате чего отношение B/P будет увеличиваться. Отношение биомассы к продукции возрастает в течение сукцессии до тех пор, пока не произойдет стабилизация экосистемы, в которой на единицу доступного потока энергии будет приходиться максимум биомассы и симбиотических связей между организмами (или высокое содержание информации). Итак, B/P → max в климаксных системах. Как следствие этого, чистая продукция сообщества велика на ранних стадиях и мала в зрелой системе.

 
Круговорот  биогенных элементов.

 Важной тенденции в развитии  сукцессии являются увеличение времени оборота и повышение способности к сохранению и регенерации веществ. Все это приводит к замыканию или «уплотнению» биогеохимических циклов основных биогенных элементов, таких, как азот, фосфор и кальций. 
Индекс возобновления (CI), равный отношению регенерированной части (то есть используемой неоднократно) на входе к выходу, устойчиво возрастает по мере созревания системы. Биогены удерживаются более долгое время и используются повторно, при этом необходимость их притока уменьшается. Таким образом, в процессе развития экосистемы возрастает запас и степень возобновления биогенных элементов, в результате необходимый уровень поступления этих элементов на вход для поддержания единицы биомассы снижается. 
 
В ходе сукцессии происходит смена источника азота с нитрата на аммоний. При переходе с нитрата на аммоний уменьшается количество энергии, расходуемое на регенерацию азота, и возрастает, следовательно, эффективность использования энергии. 
 
Изменение видовой структуры экосистемы.

Характерная черта большинства  сукцессионных серий – это  более или менее непрерывная смена видового состава экосистемы во времени, называемая часто «флористической» и «фаунистической» эстафетой. 
На вырубке или заброшенной пашне в определенной последовательности появляются сначала травянистые растения, далее – в результате налета семян – всходы деревьев и кустарников, причем обычно сначала развиваются светолюбивые и относительно быстрорастущие лиственные породы, и лишь по прошествии определенного времени под пологом лиственных начинают расти хвойные. Пример такой сукцессии – смена березы елью, ели – сосною, осины – дубом и т.п. 
Наиболее резко меняется видовой состав сообщества при смене доминирующих жизненных форм растений (травы – кустарники – сосны – лиственные породы). Не один вид растений или животных не может процветать на протяжении всей сукцессии. Максимумы разных видов приходятся на разные точки временной шкалы. 
 
При сукцессии изменяется качественный состав видов. На ранних стадиях сукцессии, когда плотность населения мала, преобладает r-отбор, то есть успешно вселяются виды с высокой скоростью размножения и роста, так называемые r-стратеги, для которых характерен экспоненциальный рост их численности. При равновесной плотности, характерной для поздних стадий сукцессии, давление отбора благоприятствует К-стратегам, то есть видам с низким потенциалом роста, но более высокой способностью к выживанию в условиях конкуренции, и r-стратеги в широких масштабах замещаются К-стратегами. 
Происходящий при сукцессии переход от количества продукции к качеству сопровождается генетическими изменениями, охватывающими всю биоту, которые проявляются в увеличении размеров организмов и в усложнении и удлинении их жизненных циклов. Мелкие организмы обладают селективным преимуществом в среде, богатой биогенами и компонентами минерального питания. Однако по мере развития экосистемы неорганические биогенные элементы оказываются все более и более связанными в биомассе, так что селективное преимущество переходит к более крупным организмам, способность к запасанию веществ у которых выше и жизненные циклы сложней. Благодаря этим свойствам они адаптированы к использованию сезонных или периодических поступлений биогенов или других ресурсов. 
 
По мере развития сукцессии возрастает видовое богатство сообщества как компонент разнообразия и возрастает выравненность как компонент разнообразия. Характер изменения видового разнообразия – непрерывный рост или прохождение пика в промежуточной стадии – зависит от соотношения двух процессов, а именно от возрастания числа потенциальных ниш в результате увеличения биомассы, стратифицированности и других последствий биологической организации, и от противоположных эффектов увеличения размеров организмов и конкурентного исключения среди хорошо адаптированных долго живущих доминантов, которые снижают видовое разнообразие. 
 
Возрастание стабильности систем.

 При сукцессии в значительной  степени развивается взаимовыгодный  симбиоз, возрастает резистентная устойчивость, снижается упругая устойчивость, возрастает эффективность использования энергии и биогенных элементов. 
 
Современные экологи рассматривают сукцессию с точки зрения самоорганизации экосистемы и самоорганизацию как свойство неравновесных термодинамических систем. Сукцессия протекает таким образом, что система накапливает разнообразие и специализацию до тех пор, пока уровень неопределенности окружающей среды не обратит дальнейшее усложнение организации во вред системе. Самоорганизующиеся диссипативные системы развиваются во времени так, чтобы оптимизировать свою независимость (сложность биомассы и потоков в сетях). Таким образом, самоорганизованное развитие – это свойство экосистем. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Воздействие инсектицидов на 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.

 

 

Экологическая сертификация сельскохозяйственной продукции

Сертификация продукции является неотъемлемым элементов ведения бизнеса. Получение сертификата соответствия и санитарно- эпидемиологического заключения необходимо в случае проведения экспортно-импортных операций, обязательная сертификация продукции и разработка технических условий предусмотрены законодательством РФ для производственных предприятий и других субъектов хозяйственной деятельности. Кроме того, гигиенический сертификат и сертификаты других типов могут служить мощным оружием в конкурентной борьбе за покупателя.

С помощью экологической  сертификации решается ряд важнейших  задач по обеспечению рационального  использования природных богатств, охраны окружающей среды и здоровья людей от вредного воздействия экологически потенциально опасной продукции  или услуг. Она способствует:

• предупреждению появления  на рынке и реализации экологически опасной продукции и услуг  и соответственно предупреждению вреда  природной среде;

• внедрению экологически безопасных технологических процессов  и оборудования;

• производству экологически безопасной продукции на всех стадиях  ее жизненного цикла, повышению ее качества и конкурентоспособности;

• созданию условий для  организации производств, отвечающих установленным экологическим требованиям;

• совершенствованию управления хозяйственной и иной деятельностью;

• предотвращению ввоза  в страну экологически опасных продукции, технологий, отходов, услуг;

• интеграции экономики страны в  мировой рынок и выполнению международных  обязательств.

Экологическая сертификация служит, таким образом, средством подтверждения  экологически значимых показателей  качества продукции, заявленных изготовителем; содействия потребителям в компетентном выборе экологически благополучной  продукции; контроля безопасности продукции  для окружающей среды жизни, здоровья и имущества; защиты потребителя  от недобросовестности изготовителя (продавца, исполнителя). Выступая в качестве инструмента  защиты экологических и экономических  интересов России, экологическая  сертификация содействует вхождению  России в мировое экономическое  пространство, производству конкурентоспособной  отечественной продукции, служит средством контроля за ввозом в страну экологически вредной продукции.

Экологическая сертификация проводится в России в виде обязательной и  добровольной. Она обязательна в  случаях, установленных законодательством  России и субъектов РФ. Проведение обязательной экологической сертификации означает, что государство берет  на себя защиту общественных интересов, связанных с обеспечением экологических  интересов населения и охраны окружающей природной среды, рационального  использования, охраны, воспроизводства  природных ресурсов и в других предусмотренных законодательством  случаях. Для проведения обязательной экологической сертификации Госкомэкологии РФ составляет и утверждает Перечни  объектов, подлежащих обязательной экосертификации.

Для усиления государственного контроля за использованием экологически потенциально опасной продукции сертифицируемые  товары и услуги, которые входят в перечень, утверждаемый федеральным  специально уполномоченным государственным  органом в области экологической  экспертизы (к их числу относятся  и закупаемые за рубежом товары), отнесены Федеральным законом «Об  экологической экспертизе» к  объектам обязательной государственной  экологической экспертизы (ст. 11).

Обязательной сертификации подлежат также согласно ст. 71 Лесного кодекса  РФ древесина, отпускаемая на корню, и второстепенные лесные ресурсы. Организация  и проведение обязательной сертификации указанных лесных ресурсов осуществляются федеральным органом управления лесным хозяйством. Порядок проведения сертификации определяется Правительством РФ.

Добровольная экологическая сертификация осуществляется в тех случаях, когда  в законодательных актах РФ не предписана обязательная сертификация и проводится по инициативе заявителя-природопользователя  или юридического лица, выполняющего распорядительные функции в области  использования природных ресурсов, на основе договора между органом  по сертификации и заявителем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Термин «Экология» впервые был  введён в 1869 году Геккелем. По определению  Геккеля «Экология» - наука об экономии природы (наука о жилище – греч.).

Экология – наука об отношении  организма или групп организмов к окружающей среде в соответствии с уровнем организации окружающей жизни.

Существует два вида экологии:

Аутэкология – взаимоотношение  со средой отдельного организма.                                Синэкология – комплексное изучение групп организмов, составляющих определённое единство.

Экология быстро развивается на стыке с другими науками. Существует эерографическая, химическая, математическая экологии.

Задачи экологии как науки:

- Исследование закономерности организации жизни, в т.ч. и в связи с антропогенным воздействием на отдельные экологические системы и всю биосферу в целом.

- Создание научной основы рационального использования природных ресурсов.

- Восстановление нарушенных природных систем.

- Регулирование численности популяции живых организмов.

- Сохранение эталонных участков биосферы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список используемой литературы

 
1. Акимова Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда  Т.А.Акимова, В.В.Хаскин; 2-е изд., перераб.  и дополн.- М.:ЮНИТИ, 2006.- 556 с

2.  Бродский А.К. Общая экология.Изд.  Центр «Академия», 2006. - 256 с.

3. Воронков Н.А. Экология: общая,  социальная, прикладная. Агар, 2006. –  424 с.

4. Коробкин В.И. Экология. В.И.  Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д:  Феникс, 2007.- 575с.

5. Одум Ю. Экология. - М.: Наука,2006.

6. Чернова Н.М. Общая экология.Н.М.Чернова,  А.М.Былова. - М.: Дрофа, 2008.-416 с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МИНИСТЕРСТВО     СЕЛЬСКОГО    ХОЗЯЙСТВА    РОССИЙСКОЙ   ФЕДЕРАЦИИ

 

ФГБОУ  ВПО  «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ  ИМЕНИ ИМПЕРАТОРА ПЕТРА I»

 

 

 

 

 

Контрольная работа №1

По дисциплине « Экология»

 

 

 

 

 

Выполнил: студент 1 курса 

заочного отделения факультета

землеустройства и кадастров

Миронова Анжелика Валерьевна

Шифр 12039

Проверил:преподаватель

 

 

 

 

Воронеж 2013