Антропогенное воздействие на биотические системы

Введение 

    Биосфера, весьма динамичная планетарная экосистема, во все периоды своего эволюционного развития постоянно изменялась под воздействием различных природных процессов. В результате длительной эволюции биосфера выработала способность к саморегуляции и нейтрализации негативных  процессов. Главным событием эволюции биосферы признавалось  приспособление организмов к изменившимся внешним условиям путем изменения внутривидовой информации. Гарантом  динамической устойчивости биосферы в течение миллиардов лет служила естественная биота в виде сообществ и экосистем в необходимом объеме. Однако по мере возникновения, совершенствования и  распространения новых технологий (охота — земледельческая  культура — промышленная революция) планетарная экосистема, адаптированная к воздействию природных факторов, все в  большей степени стала испытывать влияние новых небывалых по силе, мощности и разнообразию воздействий. Вызваны они  человеком, а потому называются антропогенными. Под  антропогенными воздействиями понимают деятельность, связанную с реализацией экономических, военных, рекреационных,  культурных и других интересов человека, вносящую физические, химические, биологические и другие изменения в окружающую природную среду.

    Известный эколог Б. Коммонер (1974) выделял пять, по его мнению, основных видов вмешательства человека в  экологические процессы:

    — упрощение экосистемы и разрыв биологических  циклов;

    — концентрация рассеянной энергии в виде теплового загрязнения;

    — рост числа ядовитых отходов от химических производств;

    — введение в экосистему новых видов;

    — появление генетических изменений в организмах растений и животных.

    Подавляющая часть антропогенных воздействий носит целенаправленный характер, т. е. осуществляется человеком  сознательно во имя достижения конкретных целей. Существуют и антропогенные воздействия стихийные, непроизвольные, имеющие характер последействия. Например, к этой категории воздействий относятся процессы подтопления территории, возникающие после ее застройки, и др.

    Нарушения основных систем жизнеобеспечения биосферы связаны в первую очередь с целенаправленными  антропогенными воздействиями. По своей природе, глубине и площади распространения, времени действия и характеру приложения они могут быть различными (рис. 1, по Е. М. Сергееву, В. Т. Трофимову, 1985).

Рис. 1. Классификация целенаправленных антропогенных

воздействий на биосферу

    Анализ  экологических последствий антропогенных воздействий позволяет разделить все их виды на положительные и отрицательные (негативные). К положительным воздействиям человека на биосферу можно отнести воспроизводство природных ресурсов, восстановление запасов подземных вод, полезащитное лесоразведение, рекультивацию земель на месте разработок полезных ископаемых и некоторые другие мероприятия.

    Отрицательное (негативное) воздействие человека на биосферу проявляется в самых разнообразных и масштабных  акциях: вырубке леса на больших площадях, истощении запасов пресных подземных вод, засолении и опустынивании земель, резком сокращении численности, а также исчезновении видов животных и растений.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1. Значение леса  в природе и  жизни человека  

    Главенствующее  значение в природе и в жизни  человека имеют леса. Россия богата лесом. Более 1,2 млрд га, или 75% от площади  земельных угодий, занимают леса. Ни одна страна в мире не имеет больших запасов древесины. Обшая площадь лесов России составляет сегодня значительную часть всех лесов Земли. Это самые мощные легкие планеты из оставшихся.

    Размещение  лесов в нашей стране неравномерно, наибольшая часть всей лесопокрытой площади находится в Западной и Восточной Сибири и на Дальнем Востоке. Здесь сосредоточены основные площади сосны обыкновенной, ели, лиственницы, пихты, кедра сибирского, осины. Основные лесные богатства сосредоточены в Восточной Сибири (45 % лесов всей страны) и простираются от Енисея почти до Охотского моря. Этот  богатейший лесной край представлен такими ценными древесными породами, как лиственница сибирская и даурская, сосна обыкновенная, кедр сибирский и др.

    Леса  — важная составная часть окружающей среды. Как экологическая система лес выполняет различные функции и одновременно является незаменимым природным ресурсом (рис. 2). Многочисленные исследования как у нас в стране, так и за рубежом подтвердили исключительное значение лесов в сохранении экологического равновесия в природной среде.  

Рис. 2. Значение леса в природе и жизни человека 

    По  мнению специалистов, значение средозащитной  функции леса, т. е. сохранность генофонда  флоры и фауны, на порядок выше их экономического значения как источника сырья и  продуктов.

    Влияние лесов на окружающую среду исключительно многообразно. Оно проявляется, в частности, в том, что леса:

    — являются основным поставщиком кислорода  на планете;

    — непосредственно влияют на водный режим  как на занятых ими, так и на прилегающих территориях и регулируют баланс воды;

    — снижают отрицательное воздействие засух и суховеев, сдерживают движение подвижных песков;

    — смягчая климат, способствуют повышению урожаев сельскохозяйственных культур;

    — поглощают и преобразуют часть атмосферных химических загрязнений;

    — защищают почвы от водной и ветровой эрозии, селей, оползней, разрушения берегов и других неблагоприятных геологических процессов;

    — создают нормальные санитарно-гигиенические  условия,  благотворно влияют на психику человека, имеют огромное рекреационное значение.

    Вместе  с тем леса являются источником получения  древесины и многих других видов ценного сырья. Из древесины производят более 30 тыс. изделий и продуктов, и потребление ее не уменьшается, а, наоборот, увеличивается.

    По  своему значению, местоположению и  выполняемым функциям все леса подразделяют на три группы:

    — первая группа — леса, выполняющие защитные экологические функции (водоохранные, полезащитные,  санитарно-гигиенические, рекреационные). Эти леса строго охраняются,  особенно лесопарки, городские леса, особо ценные лесные массивы, национальные природные парки. В лесах этой группы  допускаются только рубки ухода за лесом и санитарные рубки деревьев;

    — вторая группа — леса, имеющие защитное и ограниченное эксплуатационное значение. Распространены они в районах с высокой плотностью населения и развитой сетью транспортных путей. Сырьевые ресурсы лесов этой группы  недостаточны, поэтому, чтобы сохранить их защитные и  эксплуатационные функции, требуется строгий режим лесопользования;

    — третья группа — эксплуатационные леса. Распространены они в многолесных районах и являются основным  поставщиком древесины. Заготовка древесины должна осуществляться без изменения естественных биотопов и нарушения  естественного экологического равновесия.

    Принадлежность  леса к той или иной группе определяет режим лесопользования, который должен вестись на строго научной основе с соблюдением основных принципов  максимального сбережения природных экосистем и рационального  использования лесных ресурсов.  

    2. Антропогенные воздействия на леса и другие растительные сообщества  

    Для характеристики нынешнего состояния  растительного покрова и в  первую очередь лесных экосистем все чаще используется термин — деградация. Леса раньше других компонентов природной среды испытали отрицательное влияние деятельности человека. Деградация лесов служит одним из проявлений глобальных изменений, происходящих на Земле, которые начались с появлением земледелия и скотоводства. Воздействие человека на леса и вообще на весь  растительный мир может быть прямым и косвенным. К прямому  воздействию относятся: 1) сплошная вырубка лесов; 2) лесные пожары и выжигание растительности; 3) уничтожение лесов и растительности при создании хозяйственной инфраструктуры (затопление при создании водохранилищ, уничтожение вблизи карьеров, промышленных комплексов); 4) усиливающийся пресс туризма.

    Косвенное воздействие — это изменение  условий обитания в результате антропогенного загрязнения воздуха, воды, применения пестицидов и минеральных удобрений. Определенное значение имеет также проникновение в растительные сообщества чуждых видов растений (интродуцентов).

    В XVII в. на Русской равнине площадь  лесов достигала 5 млн. км², к 2000 г. их оставалось не более 1,2 млн. км². В наши дни лес в России вырубают примерно на 2 млн. га ежегодно. В то же время масштабы лесовосстановления с помощью посадок и посевов леса постоянно сокращаются. Для естественного восстановления леса после сплошной рубки требуются многие десятки лет, а для достижения высокой степени замыкания круговорота биогенов, и того больше —  первые сотни лет (Данилов-Данильян и др., 1994).

    Пагубное  влияние на лесные экосистемы оказывают лесные пожары. Возникают они в подавляющем большинстве случаев по вине людей, как следствие неосторожного обращения с огнем. В зонах тропических лесов пожары образуются в  результате сознательного выжигания лесных массивов под пастбища и других сельскохозяйственных целей. Сознательно выжигали леса и в ходе военных действий, например во время войны во Вьетнаме, Лаосе, Кампучии (1961 — 1975 гг.). В 2002 г. зарегистрировано более 43 тыс. пожаров, охвативших более 1360 тыс. га лесной площади. Сгорело и повреждено леса на корню 32,4 млн. м³. Наиболее сильные пожары в 2002 г. имели место в республиках Саха, Тыва, Хабаровском крае и  Амурской области.

    В последние годы  значительным фактором деградации лесов становится  радиоактивное  загрязнение. По подсчетам ученых, общая  площадь лесов, пораженных в результате аварии на Чернобыльской АЭС, в Челябинской области и в зоне влияния ядерных испытаний на Семипалатинском полигоне, составила более 3,5 млн. га.

    Помимо  лесов возросшее негативное воздействие человеческой деятельности проявляется и в отношении остального  растительного ценоза (сосудистые растения, грибы, водоросли,  лишайники, мохообразные и др.). Наиболее часто отрицательное воздействие человека на растительные сообщества проявляется при выкашивании трав, сборе лекарственных растений и ягод, стравлении скоту и других видах непосредственного  использования. Множество различных видов растений гибнут под воздействием загрязняющих веществ, а также в процессе  мелиоративной, строительной и сельскохозяйственной деятельности.

    3. Экологические последствия  воздействия человека  на растительный мир  

    Потребительское, а нередко и хищническое отношение человека к растительным сообществам проявилось еще на  начальном этапе развития земледелия и скотоводства. В дальнейшем, особенно с началом бурного развития экономики, такой подход не только не был отвергнут, но, по-видимому, еще больше закрепился в сознании людей.

    Одним из первых, кто обратил внимание общественности на пагубные экологические  последствия такого подхода, был  Ф.Энгельс. В работе «Диалектика природы», оценивая последствия вырубки лесов, он писал: «Людям, которые в  Месопотамии, Греции, Малой Азии и в других местах  выкорчевывали леса, чтобы получить таким путем пахотную землю, и не снилось, что они положили начало нынешнему запустению этих стран, лишив их, вместе с лесами, центров скопления и сохранения влаги», и далее: «... какое им было дело до того, что тропические ливни потом смывали беззащитный отныне верхний слой почвы, оставляя после себя лишь обнаженные скалы!»

    Масштабное  антропогенное воздействие на биотические  сообщества приводит к тяжелым экологическим последствиям как на экосистемно-биосферном, так и на популяционно-видовом уровне.

    На  обезлесенных территориях возникают  глубокие овраги, разрушительные оползни  и сели, уничтожается фотосинтезирующая фитомасса, выполняющая важные экологические функции, ухудшается газовый состав атмосферы, меняется гидрологический режим водных объектов, исчезают многие  растительные и животные виды и т. д.

    Сведение  крупных лесных массивов, особенно влажных  тропических — этих своеобразных испарителей влаги, по мнению многих исследователей, неблагоприятно отражается не только на региональном, но и на биосферном уровне. Уничтожение древесно-кустарниковой растительности и травянистого  покрова на пастбищах в засушливых регионах ведет к их  опустыниванию.

    Еще одно негативное экологическое последствие  сведения лесов — изменение альбедо  земной поверхности. Альбедо (от лат. albedo — белизна) — это величина, характеризующая способность поверхности отражать падающие на нее лучи.  Интегральное альбедо крон деревьев составляет 10—15%, травы 20— 25, свежевыпавшего снега — до 90%. Альбедо земной  поверхности — один из важных факторов, определяющих климат как в целом в мире, так и отдельных его регионов. Установлено, что серьезные изменения климата на планете могут быть вызваны изменением альбедо поверхности Земли всего лишь на несколько процентов. В настоящее время с помощью  космических снимков обнаружено крупномасштабное изменение  альбедо (так же как и теплового баланса) всей поверхности Земли. Ученые полагают, что это вызвано прежде всего уничтожением лесной растительности и развитием антропогенного опустынивания на значительной части нашей планеты.

    Лесные  пожары ухудшают состав леса, уменьшают  прирост деревьев, нарушают связи  корней с почвой, усиливают буреломы, уничтожают кормовую базу диких животных, гнездовья птиц. В сильном пламени почва сжигается до такой степени, что в ней полностью нарушается влагообмен и способность к удержанию питательных веществ. Выжженная дотла территория нередко быстро заселяется различными  насекомыми, что не всегда безопасно для людей из-за возможных  вспышек инфекционных заболеваний.

    Различные токсиканты, и в первую очередь  диоксид  серы, оксиды азота и  углерода, озон, тяжелые металлы,  весьма негативно влияют на хвойные и широколиственные деревья, а также на кустарники, полевые культуры и травы, мхи и лишайники, фруктовые и овощные культуры и цветы. В газообразном виде или в виде кислотных осадков они отрицательно действуют на важные ассимиляционные функции растений, органы дыхания животных, резко нарушают метаболизм и приводят к различным заболеваниям. Так, например, под действием озона (О₃) в растениях снижается не только активность транспортной системы, но и содержание хлорофилла. Прослеживается высокая корреляция между повреждением листьев и количеством адсорбированного диоксида серы (SО₂). Высокие дозы SО₂ или продолжительные воздействия его низких концентраций приводят к сильному ингибированию процессов фотосинтеза и снижению  дыхания. Существует индивидуальная реакция отдельных видов растений на увеличение уровня атмосферного загрязнения. Все виды растений по степени их сопротивляемости воздействию загрязнения воздуха подразделяют на устойчивые, промежуточные и чувствительные. Приведенные в таблице 1 данные  следует рассматривать лишь как весьма приблизительную оценку относительной  чувствительности растений к воздействию загрязнения воздуха диоксидом серы (SО₂), оксидами азота (NO_x) и озоном (О₃). 

    Таблица 1 – Относительная чувствительность растений к воздействию загрязнения воздуха

Примечание, у — устойчивые, ч — чувствительные, п — промежуточной чувствительности.

    На  популяционно-видовом уровне негативное воздействие человека на биотические сообщества проявляется в утрате биологического разнообразия, в сокращении численности и исчезновении отдельных видов. По свидетельству ботаников, обеднение флоры наблюдается во всех растительных зонах и на всех, кроме Антарктиды, материках. Причем наиболее уязвимой  оказывается флора островов.

    Разрушение  естественных природных сообществ уже вызвало исчезновение ряда растений. В недалеком будущем множество видов растений, которые сегодня сокращаются в  численности, также окажутся под угрозой исчезновения. В общей сложности во всем мире нуждаются в охране 25—30 тыс. видов растений, или 10% мировой флоры. Доля вымерших видов во всех странах составляет более 0,5% общего числа видов флоры мира, а в таких регионах, как Гавайские острова, более 11 % (таблица 2). 

    Таблица 2 – Исчезновение видов высших растений под воздействием человека за последние 200 лет

    В настоящее время в России более  тысячи видов находятся на грани исчезновения и нуждаются в срочной охране. Из флоры России навсегда исчезли незабудочник Чекановского,  волчеягодник баксанский, строгановия стрелолистная и многие  другие виды растений.

    Сокращение  числа видов сосудистых растений, а в ряде случаев и их исчезновение ведет к изменению видового состава экосистем. По утверждению специалистов, это приводит к разрыву эволюционно сложившихся пищевых сетей и к дестабилизации экологической системы, что проявляется в ее разрушении и обедненности. Сокращение площадей, покрытых зеленой растительностью, или ее разреживание крайне нежелательны по двум причинам: во-первых, нарушается глобальный круговорот углерода в биосфере и, во-вторых,  снижается интенсивность поглощения солнечной энергии биосферой в процессе фотосинтеза.  

    4. Меры по охране растительности 

    Виды  растений существуют не изолированно. Они связаны множеством нитей  с другими растительными, животными  компонентами и абиотическими факторами  природных комплексов. Поэтому охрана растительности — задача комплексная, должна проводиться через охрану всей природной среды, включая растительные сообщества, в состав которых входят данные виды растений. Охране подлежит вся флора и ее группировки — фитоценозы.

    Основными задачами охраны леса являются иррациональное использование и восстановление. Все большее значение приобретают мероприятия по охране леса малолесистых районов в связи с их водоохранной, почвозащитной, санитарно-оздоровительной ролью. Особое внимание должно уделяться охране горных лесов, так как они выполняют важные водорегулирующие почвозащитные функции. При правильном ведении лесного хозяйства повторно рубки на том или ином участке должны проводиться не ранее чем через 80—100 лет, при достижении полной спелости. В 60—80-х гг. XX в. в ряде областей европейской части России к повторным рубкам возвращались значительно раньше приведшее к потере их климатообразующего и водорегулирующего значения, возросло количество мелколиственных лесов. Важная мера по рациональному использованию лесов — это борьба с потерями древесины. Нередко при заготовке древесины происходят значительные потери. В местах рубок остаются ветви, хвоя, которые являются ценным материалом для приготовления хвойной муки — витаминного корма для скота. Отходы от рубки леса перспективны для получения эфирных масел.

    Своевременное лесовозобновление — важнейшее условие для сохранения лесных ресурсов. В России естественным путем восстанавливается около трети ежегодно вырубаемых лесов, остальные требуют специальных мер по их возобновлению. На 50% площади достаточно только мер содействия естественному возобновлению, а на остальной — необходимы посев и посадка деревьев. Положительно сказывается на восстановлении лесов проведение их очистки от остающихся после вырубки ветвей, коры, хвои и т. д.

    В воспроизводстве лесов большую  роль играют мелиоративные мероприятия: осушение переувлажненных почв, посадка  улучшающих почву деревьев, кустарников  и трав. Это благоприятно сказывается  на росте деревьев и качестве древесины. Там, где естественного возобновления леса на вырубках не происходит, после рыхления почвы производят посев семян или саженцев, выращенных в питомниках. Таким же способом восстанавливают леса на гарях, полянах, высаживая высоко продуктивные сорта деревьев. Наряду с лесовосстановительными работами и повышением продуктивности леса, наряду с правильным подбором и широким внедрением быстрорастущих пород, разумным осушением заболоченных земель требуются своевременные меры ухода за лесом. Прореживание, прочистка, осветление, санитарная рубка, защита от пожаров, вредителей и болезней, потравы скотом и т. д. — все это улучшает состояние леса, повышает его продуктивность. Эти мероприятия при правильном их осуществлении способствуют охране леса как природного комплекса. 

    5. Значение животного мира в биосфере  

    Животный  мир — это совокупность всех видов и особей диких животных (млекопитающих, птиц, пресмыкающихся, земноводных, рыб, а также насекомых, моллюсков и других беспозвоночных), населяющих определенную территорию или среду и находящихся в состоянии естественной свободы.

    Согласно  Федеральному закону «О животном мире» (1995 г.), основные понятия, связанные с охраной и использованием животного мира, формулируются следующим образом:

    — объект животного мира — организмы животного  происхождения или их популяция;

    — биологическое разнообразие животного мира — разнообразие объектов животного мира в рамках одного вида, между видами и в экосистемах;

    — устойчивое состояние животного  мира — существование  объектов животного мира в течение неопределенно длительного времени;

    —- устойчивое использование объектов животного мира — использование объектов животного мира, которое не приводит в долгосрочной перспективе к истощению биологического разнообразия животного мира и при котором сохраняется  способность животного мира к воспроизводству и устойчивому существованию.

Рис. 3. Значение животного мира в природе и жизни человека 

    Животный  мир является неотъемлемым элементом  окружающей среды и биологического разнообразия Земли, возобновляющимся природным ресурсом, важным регулирующим и стабилизирующим компонентом биосферы (рис. 3).