Антропогенное воздействие на литосферу. 8

      Содержание

      1.  Влажность и адаптация к ней организмов.

      2.  Взаимоотношения организмов в  биоценозах.

      3.  Поток энергии в экосистемах.

      4.  Антропогенное воздействие на  литосферу. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

      1.  Влажность и адаптация  к ней организмов.

     Протекание  всех биохимических процессов в  клетках и нормальное функционирование организма в целом возможны только при достаточном обеспечении  его водой – необходимым условием жизни. Поддержание водного баланса  имеет огромное значение для всех живых организмов.

Вода  является необходимым условием существования всех живых организмов на Земле. Значение воды в процессах жизнедеятельности определяется тем, что она является основной средой в клетке, где осуществляются процессы метаболизма, служит важнейшим исходным, промежуточным или конечным продуктом биохимических реакций. Особая роль воды для наземных организмов (особенно растений) заключается в необходимости постоянного пополнения ее из-за потерь при испарении. Поэтому вся эволюция наземных организмов шла в направлении приспособления к активному добыванию и экономному использованию влаги. Наконец, для многих видов растений, животных, грибов и микроорганизмов вода является непосредственной средой их обитания.

     Увлажненность местообитания и, как следствие, водообеснечение наземных организмов зависят прежде всего от количества атмосферных осадков, их распределения по временам года, наличия водоемов, уровня грунтовых вод, запасов почвенной влаги и т. п. Влажность оказывает влияние на распространение растений и животных как в пределах ограниченной территории, так и в широком географическом масштабе, определяя их зональность (смена лесов степями, степей — полупустынями и пустынями).

     При изучении экологической роли воды учитывается  не только количество выпадающих осадков, но и соотношение их величины и  испаряемости. Области, в которых  испарение превышает годовую  величину суммы осадков, называются аридными (сухими, засушливыми). В аридных областях растения испытывают недостаток влаги в течение большей части вегетационного периода. В гумидпых (влажных) областях растения обеспечены водой в достаточной мере.

     Экологические группы растений по отношению к влаге  и их адаптации к водному режиму. Высшие наземные растения, ведущие  прикрепленный образ жизни, в  большей степени, чем животные, зависят  от обеспеченности субстрата и воздуха  влагой. По приуроченности к местообитаниям с разными условиями увлажнения и по выработке соответствующих  приспособлений среди наземных растений различают три основные экологические  группы: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Условия водоснабжения существенно  влияют на их внешний облик и внутреннюю структуру.

     Гигрофиты — растения избыточно увлажненных местообитаний с высокой влажностью воздуха и почвы. Для них характерно отсутствие приспособлений, ограничивающих расход воды, и неспособность переносить даже незначительную ее потерю. Наиболее типичные гигрофиты — травянистые растения и эпифиты влажных тропических лесов и нижних ярусов сырых лесов в разных климатических зонах (чистотел большой, недотрога обыкновенная, кислица обыкновенная и др.), прибрежные виды (калужница болотная, плакун-трава, рогоз, камыш, тростник), растения сырых и влажных лугов, болот (белокрыльник болотный, сабельник болотный, вахта трехлистная, осоки), некоторые культурные растения.

     К физиологическим адаптациям гигрофитов следует отнести низкое осмотическое давление клеточного сока, незначительную водоудерживающую способность и, как  следсгвие, высокую интенсивность транснирации, которая мало отличается от физического испарения. Избыточная влага удаляется также путем гуттации — выделения воды через специальные выделительные клетки, расположенные по краю лисга. Избыточная влага затрудняет аэрацию, а следовательно, дыхание и всасывающую деятельность корней, поэтому удаление излишков влаги представляет собой борьбу растений за доступ воздуха.

Ксерофиты -— растения сухих местообитаний, способные переносить продолжительную засуху, оставаясь физиологически активными. Эторастения пустынь, сухих степей, саванн, сухих субтропиков, песчаных дюн и сухих, сильно нагреваемых склонов.

Структурные и физиологические особенности  ксерофитов нацелены на преодоление  постоянного или временного недостатка влаги в почве или воздухе. Решение данной проблемы осуществляется тремя способами: 1) эффективным добыванием (всасыванием) воды, 2) экономным ее расходованием, 3) способностью переносить большие  потери воды.

Интенсивное добывание воды из почвы достигается  ксерофитами благодаря хорошо развитой корневой системе. По общей массе  корневые системы ксерофитов примерно в 10 раз, а иногда и в 300—400 раз  превышают надземные части. Длина  корней может достигать 10—15 м, а  у саксаула черного — 30—40 м, что  позволяет растениям использовать влагу глубоких почвенных горизонтов, а в отдельных случаях и  грунтовых вод. Встречаются и  поверхностные, хорошо развитые корневые системы, приспособленные к поглощению скудных атмосферных осадков, орошающих  лишь верхние горизонты почвы.

     Экономное расходование влаги ксерофитами  обеспечивается тем, что листья у  них мелкие, узкие, жесткие, с толстой  кутикулой, с многослойным толстостенным  эпидермисом, с большим количеством  механических тканей, поэтому даже при большой потере воды листья не теряют упругости и тургора. Клетки листа мелкие, плотно упакованы, благодаря  чему сильно сокращается внутренняя испаряющая поверхность. Кроме того, у ксерофитов повышенное осмотическое давление клеточного сока, благодаря  чему они могут всасывать воду даже при больших водоотнимающих силах почвы.

     К физиологическим адаптациям относится  и высокая водо-удерживающая способность клеток и тканей, обусловленная большой вязкостью и эластичностью цитоплазмы, значительной долей связанной воды в общем водном запасе и т. д. Это позволяет ксерофитам переносить глубокое обезвоживание тканей (до 75% всего водного запаса) без потери жизнеспособности. Кроме того, одной из биохимических основ засухоустойчивости растений является сохранение активности ферментов при глубоком обезвоживании.

     Ксерофиты с наиболее ярко выраженными ксероморфными  чертами строения листьев, перечисленными выше, имеют своеобразный внешний  облик, за что получили название склерофиты.

     К группе ксерофитов относятся и суккуленты —- растения с сочными мясистыми листьями или стеблями, содержащими сильно развитую водоносную ткань. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ, молодило, очитки) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а надземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи, стапелии и др.). Фотосинтез у стеблевых суккулентов осуществляется периферическим слоем паренхимы стебля, содержащим хлорофилл. Длительные засушливые периоды преодолеваются ими путем накопления воды в водоносных тканях, связывания ее коллоидами клеток, экономного расходования, которое обеспечивается защитой эпидермиса растений восковым налетом, погруженными в ткань листа или стебля немногочисленными днем закрытыми устьицами.

     Корневая  система поверхностная, мало развитая, рассчитана на поглощение воды из верхних слоев почвы, увлажненных редко выпадающими дождями. В засуху корни могут отмирать, но после дождей быстро (за 2—4 дня) отрастают новые.

     Суккуленты  приурочены главным образом к  засушливым зонам Центральной Америки, Южной Африки, Средиземноморья.

     Мезофиты занимают промежуточное положение между гигрофитами и ксерофитами. Они распространены в умеренно влажных зонах с умеренно теплым режимом и достаточно хорошей обеспеченностью минеральным питанием. К мезофитам относятся растения лугов, травянистого покрова лесов, лиственные деревья и кустарники из областей умеренно влажного климата, а также большинство культурных растений и сорняки. Для мезофитов характерна высокая экологическая пластичность, позволяющая им адаптироваться к меняющимся условиям внешней среды.

     Специфичные пути регуляции водообмена позволили растениям занять самые различные по экологическим условиям участки суши. Многообразие способов приспособления лежит, таким образом, в основе распространения растений на Земле, где дефицит влаги является одной из главных проблем экологической адаптации.

Адаптации животных к водному  режиму. Способы регуляции водного баланса у животных разнообразнее, чем у растений. Их можно разделить на поведенческие, морфологические и физиологические.

К числу поведенческих приспособлений относятся поиски водоемов, выбор мест обитания, рытье нор и т. д. В норах влажность воздуха приближается к 100%, что снижает испарение через покровы, экономит влагу в организме.

К морфологическим способам поддержания нормального водного баланса относятся образования, способствующие задержанию воды в теле; это раковины наземных моллюсков, отсутствие кожных желез и ороговение покровов пресмыкающихся, хитинизированная кутикула насекомых и др.

Физиологические приспособления регуляции водного обмена можно разделить на три группы: 1) способность ряда видов к образованию метаболической воды и довольствованию влагой, поступающей с пищей (многие насекомые, мелкие пустынные грызуны); 2) способность к экономии влаги в пищеварительном тракте за счет всасывания воды стенками кишечника, а также образования высококонцентрированной мочи (овцы, тушканчики); 3) развитие выносливости к обезвоживанию организма благодаря особенностям кровеносной системы, эффективной терморегуляции потоотделением и отдачей воды со слизистых оболочек ротовой полости (верблюды, овцы, собаки).

     Вместе  с тем даже пойкилотермные животные не могут избежать потерь воды, связанных  с испарением, поэтому основной путь сохранения водного баланса при  жизни в пустыне — это избегание  излишних тепловых нагрузок.

       
2.  Взаимоотношения  организмов в биоценозах.

     Любой биоценоз представляет собой совокупность огромного числа организмов, различных  по морфологической природе, типу питания, биологическим особенностям. Однако все многообразие организмов можно  свести к трем группам по их функциональной значимости.

     Продуценты (от лат. producens — производящий) — организмы, создающие из неорганических органические вещества. Это автотрофы по типу питания, то есть зеленые растения, способные к фотосинтезу. Используя солнечную энергию, они синтезируют органическое вещество, которое частично используется ими же как пища, строительный материал. Значительная часть его в виде опада (листья, ветви) отмирает, попадает в почву, перегнивает и вновь в виде простых минеральных веществ используется растениями. К автотрофам относятся также фото- и хемосинтезирующие бактерии.

     Консументы (от лат. consume — потребляю), или потребители, — это животные, гетеротрофы по типу питания. В эту группу входят организмы самых разных систематических таксонов. Различают консументы первичные — растительноядные животные (коровы, овцы, олени, лоси) — и вторичные — плотоядные животные (волк, лев, тигр). Потребляя органическое вещество, первичные консументы используют его энергию для своей жизнедеятельности, выбрасывая остатки, способствуют вовлечению его в круговорот. Они же являются пищей для вторичных консументов. Таким образом, консументы реализуют часть энергии, законсервированной продуцентами, однако количество этой энергии в природных условиях невелико: едва ли десятая часть энергии, усвояемой продуцентами, используется консументами.

     Редуценты (от лат. reducens — восстановители, деструкторы) — это микроорганизмы, почвенные грибы, которые, разлагая мертвое органическое вещество, переводят его в более простые неорганические соединения и вовлекают в круговорот. Благодаря именно этим организмам вещество, создаваемое продуцентами, и трупные остатки подвергаются переработке, минерализации. Чтобы представить огромную работу, которую проделывают эти организмы, достаточно вспомнить, какое количество листвы ежегодно опадает с деревьев, и которой уже не найти в июле—августе следующего года. Весь годовой опад полностью разрушается редуцентами к моменту опадения новой листвы.

Все три  группы организмов одинаково важны  для полноценной жизнедеятельности  биоценозов, и в природе между  ними осуществляется постоянное взаимодействие. Тем не менее следует отметить, что без продуцентов не было бы ни консументов, ни редуцентов. Только продуценты связывают солнечную энергию, которая и является основой существования всего живого.

     Населяя ограниченное пространство, живые организмы  вступают во взаимоотношения как с организмами своего вида, так и с организмами иных видов. Эти взаимосвязи иногда способствуют процветанию вида, популяции, но могут и отрицательно сказываться на жизнедеятельности особей и сообществ. Однако все связи обеспечивают функционирование биоценоза как единой системы, обладающей механизмом саморегуляции.

Среди биотических взаимоотношений организмов первоочередное значение закономерно  принадлежит трофическим, или пищевым  связям, поскольку пища является необходимым условием существования живых организмов. При этом один организм может поедать другой, питаться его отмершими остатками или продуктами жизнедеятельности. Стрижи, ловящие налету насекомых, пчелы, собирающие нектар с цветков, волк, убивающий овцу, вступают в прямую трофическую связь с особями, предоставляющими им пищу. Такие связи называют прямыми. Если же два хищника конкурируют из-за жертвы, то между ними возникает косвенная трофическая связь. Трофические связи лежат и в основе взаимоотношений листогрызущих вредителей с древесными растениями, стволовых вредителей (лубоеды, заболонники, златки, усачи) с деревьями. А вот между листогрызущими и стволовыми вредителями возникает вторичная трофическая связь, так как последние заселяют ослабленные деревья только после объедания листвы листогрызущими.

     Кроме пищевых в сообществах возникают  топические, или пространственные, связи, результатом которых по выражению  В.Н.Беклемишева (1890— 1962) является «кондиционирование»  среды, то есть создание одним организмом определенных физических или химических условий для другого. Например, в  лесу деревья верхнего яруса значительно  улучшают условия обитания для подроста и подлеска: внизу повышается влажность  воздуха, уменьшается амплитуда  суточных температурных колебаний, гасится движение воздуха и т.д. Ведь не поселяется подрост на лугах, примыкающих к лесу, а произрастает только под покровом материнского полога. Лишайники, поселяясь на стволах  деревьев, используют их как место  обитания. Топические отношения могут  быть положительными и отрицательными, поскольку особи одного вида определяют или исключают возможность существования  в биоценозе особей других видов.

Взаимополезные — когда оба партнера из обоюдной связи извлекают пользу в виде пищи, места поселения, защиты от врагов. Например, поселившись на корнях бобовых, клубеньковые бактерии обеспечивают растения доступным для усвоения азотом, а сами получают от растений органические вещества для своей жизнедеятельности. Подобные отношения складываются и у человека с кишечной палочкой. Поселяясь в кишечнике, эти бактерии получают питательные вещества, а человек использует витамин К, синтезируемый ими. Взаимополезные отношения проявляются в форме симбиоза (от греч. symbiosis — совместная жизнь) — совместного существования разноименных организмов, составляющих симбионтную систему. Основой для возникновения симбиоза могут быть трофические (питание одного из партнеров за счет другого неиспользованными остатками пищи, продуктами пищеварения или его тканями), пространственные (поселение на поверхности или внутри тела другого организма, совместное использование норок, раковин) и другие типы связей.

     Примером  симбиоза может служить микориза — сожительство грибов с высшими  растениями. Гифы гриба внедряются между клетками корня в зоне всасывания и заменяют корневые волоски, которые  при этом не развиваются. Так как  гифы длиннее, дольше живут и охватывают больший объем почвы, чем корневые волоски, то снабжение водой растения улучшается. Гриб же от растения получает органические вещества для построения своего тела. В природе практически  нет грибов и растений, которые  бы не формировали микоризы. Вот  почему в теплицах выращивают только шампиньоны и вешенку, так как они используют органические вещества отмерших особей. Образование микоризы происходит только между определенными видами гриба и растения. Поэтому не случайно подосиновики растут в осиновых лесах, подберезовики—в березняке, белый гриб — в сосняках и дубравах. К этому типу отношений относится и образование клубеньковых бактерий на корнях некоторых растений, особенно бобовых. Бактерии усваивают свободный азот воздуха, недоступный для растений, и переводят его в формы, доступные для усвоения. Сами же, как и грибы, получают от растений органические вещества.

     Еще одна форма симбиоза, характеризующаяся  тесными (когда один организм не может  существовать без другого), взаимовыгодными  отношениями партнеров, — мутуализм (от лат. mutuus — взаимный). Наиболее яркий пример мутуализма — взаимозависимость термитов и живущих у них в кишечнике жгутиконосцев.

     Термиты известны своей способностью питаться древесиной, несмотря на отсутствие у них ферментов, гидролизующих целлюлозу. Это делают за них жгутиковые. Образующийся сахар используется термитами. Термиты не могут существовать без этой кишечной фауны.

2. Взаимовредные отношения наблюдаются в тех случаях, когда партнерство приносит вред обеим особям. Например, если два близкорасположенных дерева одного вида (две сосны) имеют одинаковую высоту и расположенные на одном уровне корни, между ними развивается острая конкуренция за свет, воду, элементы минерального питания. Наиболее четко выражены эти взаимоотношения в форме агрессии, когда организмы одного вида (или разных) вступают в обостренную открытую борьбу.

     Различают межвидовую и внутривидовую конкуренцию. Внутривидовая конкуренция (между  особями одного вида) за сырьевые ресурсы, территорию, убежища и прочие средства к существованию протекает более  обостренно, так как особи одного вида характеризуются одинаковыми  требованиями к условиям обитания. Проанализируем ту же ситуацию: на расстоянии одного метра произрастают два дерева сосны, а несколько дальше на таком  же расстоянии друг от друга расположены  дерево сосны и куст желтой акации. И корни, и кроны сосен расположены  на одном уровне, поэтому конкуренция  между ними за свет, воду и элементы минерального питания будет острее, чем у сосны и желтой акации. Из этого следуют важные практические выводы:

  • при создании агроценозов необходимо соблюдать оптимальную густоту посевов, чтобы уменьшить конкуренцию среди растений. Загущенные посевы не дадут высокого урожая;
  • при создании искусственных насаждений (восстановлении лесов) необходимо высаживать на освободившуюся площадь не одну породу, например сосну, а смешивать ее с другими, которые не являются конкурентами, то есть чередовать ряды сосны с рядами кустарников.

3.  Взаимонейтральные взаимоотношения проявляются между организмами, если партнеры не оказывают ни вредного, ни полезного влияния друг на друга. Часто партнеры не вступают в прямой контакт. В луговом биоценозе обитают кузнечики и дождевые черви, которые друг на друга прямого влияния не оказывают. Однако чем интенсивнее деятельность дождевых червей, тем благоприятнее условия для растений, тем больше убежищ и кормовых ресурсов для кузнечиков.

4.  Полезно-вредные взаимоотношения развиваются в том случае, если в результате деятельности двух партнеров один получает пользу, а второй — вред. Эти отношения складываются между хищником и жертвой, паразитом и хозяином; в основе их лежат пищевые связи. Травоядные животные поедают растения, безусловно, нанося им вред. Паразитические грибы (мучнистая роса, головня, ржавчина), поселяясь на растениях, получают от них пищу и воду, а растения в результате замедляют рост и даже погибают. Такие взаимоотношения имеют широкое распространение в природе.

Хищничество — способ добывания пищи и питания  животных (редко растений), при котором  одни особи ловят, умерщвляют и поедают  других. Иногда под хищничеством понимают всякое поедание одних организмов другими, то есть такое отношение двух любых  групп организмов, при котором одна использует другую в пищу (например, животные фитофаги и их кормовые растения, паразиты и их хозяева).

Второй  формой полезно-вредных взаимоотношений  является паразитизм (от греч. parasites — нахлебник), когда один из организмов (паразит) использует другого (хозяина) в качестве среды обитания или источника пищи, возлагая на него регуляцию своих отношений с внешней средой. Паразитизм известен на всех уровнях организации живого, начиная с вирусов и бактерий и кончая высшими растениями и многоклеточными животными. Степень специализации (приспособление и приуроченность к различным органам и тканям) и специфичность (определенный вид хозяина) паразитов могут быть различными. Выделяют «квартирантов», которые, поселившись в жилище более крупного организма или вблизи него, со временем переходят на тело хозяина, а затем и внутрь и переключаются на питание за счет его пищи или соков; случайно проникающих, которые попадают в организм крупного животного с пищей и приспосабливаются к новым условиям; эктопаразитов, обитающих на поверхности тела хозяина; эндопаразитов, живущих внутри тела хозяина.

     Кроме того, различают постоянных паразитов, приуроченных к одному хозяину (вши, пухоеды, чесоточные зудни и др.), и периодических — развитие которых  протекает со сменой хозяев (многие ленточные черви, сосальщики). Паразиты бывают и факультативными. Для них  паразитизм не обязателен. Так, миноги могут либо паразитировать на крупных  рыбах, либо вести хищнический образ  жизни, поедая мелких животных.

Паразиты  принимают участие в регуляции  численности популяций хозяев. На этом основаны многие биологические  методы борьбы с вредителями и  болезнями. Например, бактерии, вызывающие гибель очень опасного вредителя  хвойных лесов — сибирского шелкопряда, вносятся в воду, которой опрыскивают  пораженные участки леса. Развиваясь в личинках, бактерии вызывают их гибель через два-три дня.

5. Полезно-нейтральные  отношения наблюдаются между  особями разных видов, когда  один партнер извлекает из  связей пользу, а второй не  имеет ни пользы, ни вреда. Так,  лишайники, поселяясь на стволах  деревьев, используют их в качестве  субстрата, не забирая у них  ни воды, ни питательных веществ.  Дерево не испытывает от таких  отношений ни пользы, ни вреда.  Вариант сожительства организмов  разных видов, при котором один  организм живет за счет другого,  не причиняя ему какого-либо  вреда, называют комменсализмом (от фр. commensal —   сотрапезник).

Основой для комменсальных отношений могут быть общее пространство, субстрат, кров, передвижение или чаще всего — пища. Присутствие комменсала для хозяина остается обычно безразличным. Коменсализм встречается в природе реже, чем паразитизм или другие формы симбиоза. Примером могут служить отношения львов и гиен. Последние (сотрапезники, нахлебники) потребляют остатки пищи хищников.

На предоставлении крова комменсалу основано и «квартиранство». Известно, что под зонтиками медуз, снабженных стрекательными клетками, прячется от хищников молодь многих рыб. Многие членистоногие используют птичьи гнезда, норы и ходы животных, обитающих в почве для поселения.

6. Вредно-нейтральные  взаимоотношения формируются между  партнерами, когда один испытывает  отрицательное влияние другого,  а второй не испытывает никакого  влияния. Если в лесу довольно  близко расположены сосна и  береза, то тонкие ветви березы  под действием ветра отсекают  ветки сосны (происходит схлестывание  сосны), и крона ее становится  однобокой. Крона же березы  от этого не страдает.

Безусловно, четко разграничить разные типы и  формы взаимоотношений в природе  довольно трудно, так как между  партнерами обычно складываются разнообразные  отношения. На примере сосны и  березы мы иллюстрировали вредно-нейтральный  тип взаимосвязей. Однако оба этих дерева светолюбивы, корневые системы их расположены на одной глубине, поэтому между ними развиваются и конкурентные отношения.

В отличие  от абиотических действие биотических  факторов проявляется во взаимном влиянии  организмов разных видов в самых  различных формах. Отношения живых  организмов являются одним из главных  элементов механизма саморегуляции любого биоценоза. С их помощью биоценоз формируется как единая система. Комменсализм способствует более тесному совместному существованию организмов, более полному освоению ими среды и использованию ресурсов. Отношения типа «хищник— жертва» и «паразит— хозяин» обеспечивают динамичное равновесие между отдельными группами живых организмов. Хищник поддерживает численность популяции жертвы на определенном количественном уровне, устанавливая тем самым и уровень своей численности, ограничивающейся пищевыми ресурсами. Преследуя жертву, хищник заставляет ее занимать новые ниши, расширять свой ареал. В этом проявляется экологическое значение биотических взаимоотношений.

3. Потоки энергии в экосистемах

Биологический круговорот не совершается исключительно  за счет вещества, поскольку он –  результат деятельности организмов, для обеспечения жизнедеятельности  которых требуются постоянные энергетические затраты, обеспечиваемые Солнцем. Энергия  солнечных лучей, поглощаемая зелеными растениями, в отличие от химических элементов, не может использоваться организмами бесконечно. «Односторонний приток энергии обусловлен действием  законов термодинамики. Согласно первому  из них, энергия может переходить из одной формы  (энергии света) в другую (потенциальную энергию  пищи), но она никогда не создается  вновь и не исчезает бесследно. Согласно второму закону термодинамики, не может  быть ни одного процесса, связанного с  превращением энергии, без потери некоторой  ее части.

Энергия не циркулирует в экосистемах, а  передаётся от автотрофов к консументам, а затем к деструкторам. На каждом этапе основная её часть рассеивается в форме тепла, в конечном итоге возвращающегося в мировое пространство в виде инфракрасного излучения. Между организмами возникают и устанавливаются прочие пищевые взаимоотношения, или цепь питания, которая состоит из трех основных звеньев: продуцентов, консументов и редуцентов. Цепи питания, которые начинаются с фотосинтезирующих организмов, называют цепями выедания (или пастбищными), а цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, - детритными цепями.

Место каждого звена в цепи питания  называют трофическим уровнем, он характеризуется  различной интенсивностью протекания потока веществ и энергии.

Первый  трофический уровень всегда составляют продуценты; растительноядные консументы относятся ко второму трофическому уровню; плотоядные, живущие за счет растительноядных форм, к третьему; потребляющие других плотоядны – соответственно к четвертому и т. д. Вследствие этого различают консументов первого, второго, третьего и четвертого порядков, занимающих разные уровни в цепях питания.

На суше пищевые цепи состоят из трёх-четырёх  звеньев (потому что количество пищи, остающееся в конце более длинной  цепи, слишком мало).

Одна  из простейших цепей имеет вид:

Растение > Овца > Человек 
(продуцент) (травоядное) (плотоядное)

Часто встречаются два уровня пищевой  цепи плотоядных:

Дуб > Гусеница > Синица > Ястреб-перепелятник 
(продуцент) (травоядное) (плотоядное I) (плотоядное II)

В морской  среде пищевые цепи хищников всегда длиннее, чем в наземных экосистемах.

Пищевая цепь паразитов отличается от предыдущих и идёт от крупных организмов к мелким. В некоторых случаях один паразит может развиваться внутри тела второго, что часто встречается у беспозвоночных, когда эндопаразиты являются основным естественным фактором, ограничивающим число хозяев. У насекомых, например, гиперпаразитизм очень сильно развит и часто пищевая цепь организована следующим образом:

Сосна > Гусеница > Бракониды> Наездники 
(растение) (травоядное) (паразит) (гиперпаразит)

      Согласно  расчетам, на каждом этапе передачи вещества и энергии по  пищевой цепи теряется примерно 90% энергии и только около одной десятой доли её переходит к очередному потребителю. Указанное соотношение в передачи энергии в пищевых связях организмов называют «правилом десяти процентов» (принцип Линдемана). Чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к ее концу доступной энергии. Этим объясняется ограниченное количество (5-6) звеньев в пищевой цепи независимо от сложности видового состава биоценоза.

Таким образом, энергия в экосистеме может  накапливаться, затем снова высвобождаться или экспортироваться, но её нельзя использовать вторично. В отличие  от энергии элементы питания, необходимые  для жизни, и вода используются многократно. Пищевая цепь – основной канал  переноса энергии в сообществе

      4.  Антропогенное воздействие  на литосферу.

  Почва — один из важнейших компонентов  окружающей природной среды. Все  основные ее экологические функции  замыкаются на одном обобщающем показателе — почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Даже частичная потеря гумуса и, как следствие, снижение плодородия, не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. К деградации почв (земель) ведут и другие причины, преимущественно антропогенного характера.

В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосистемах всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его агрономических знаний, технической оснащенности, социально-экономических условий и т. д., а значит, остается непостоянным.

Например, в случае создания человеком монокультуры (пшеницы, свеклы, кукурузы и т. д.) в  агроэкосистеме нарушается видовое разнообразие растительных сообществ. Агроэкосистем упрощается, объединяется и становится неустойчивой, не способной противостоять биотическому или биотическому экологическому стрессу.

Основные  виды антропогенного воздействия на почвы следующие:

1) эрозия (ветровая и водная);

2) загрязнение;

3) вторичное  засоление и заболачивание;

4) опустынивание;

5) отчуждение  земель для промышленного и  коммунального строительства.

Эрозия  почв (земель)

Эрозия  почв (от лат. Eros — разъедание) — разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (ветровая эрозия) или потоками воды (водная эрозия). Земли, подвергшиеся разрушению в процессе эрозии, называют эродированными.

 Однако  настоящим бичом земледелия у  нас в стране и в мире остаются водная эрозия (ей подвержены 31% суши) и  ветровая эрозия (дефляция), активно действующая на 34% поверхности суши. В США эродировано, т. е. подвержено эрозии, 40% всех сельскохозяйственных земель, а в засушливых районах мира еще больше — 60% от общей площади, из них 20% сильно эродированы.

 Эрозия  оказывает существенное негативное влияние на состояние почвенного покрова, а во многих случаях разрушает  его полностью. Падает биологическая  продуктивность растений, снижаются  урожаи и качество зерновых культур, хлопка, чая и др.

  • Ветровая эрозия (дефляция) почв. Под ветровой эрозией понимают выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром. Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют эрозионные процессы.

Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Первая проявляется  в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях ветра.

  • Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20—30 м/с и более. Наиболее часто пыльные бури наблюдаются в засушливых районах (сухие степи, полупустыни, пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый плодородный верхний слой почв; они способны развеять за несколько часов до 500 т почвы с 1 га пашни, негативно влияют на все компоненты окружающей природной среды, загрязняют атмосферный воздух, водоемы, отрицательно влияют на здоровье человека. В настоящее время крупнейший источник пыли — Арал. На космических снимках видны шлейфы пыли, которые тянутся в стороны от Арала на многие сотни километров. Общая масса переносимой ветром пыли в районе Арала достигает 90 млн т в год. Другой крупный пылевой очаг в России — Черные земли Калмыкии.
  • Водная эрозия почв (земель). Под водной эрозией понимают разрушение почв под действием временных водных потоков. Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. Как и в случае ветровой эрозии, условия для проявления водной эрозии создают природные факторы, а основной причиной ее развития является производственная и иная деятельность человека. В частности, появление новой тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру почвы, — одна из причин активизации водной эрозии в последние десятилетия. Другие негативные антропогенные факторы: уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас скота, отвальная обработка почв и др.
  • Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред окружающей природной среде и в первую очередь почвам приносит овражная эрозия. Экологический ущерб от оврагов огромен. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова, заиливают малые реки и водохранилища, создают густо расчлененный рельеф. Площадь оврагов только на территории Русской равнины составляет 5 млн га и продолжает увеличиваться. Подсчитано, что ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигают 100—200 га

Загрязнение почв

Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие  концентрации в почве различных  химических соединений — токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов. При этом теряется способность почвы к самоочищению от болезнетворных и других нежелательных микроорганизмов, что чревато тяжелыми последствиями для человека, растительного и животного мира. Например, в сильно загрязненных почвах возбудители тифа и паратифа могут сохраняться до полутора лет, тогда как в незагрязненных — лишь в течение двух-трех суток.

Основные  загрязнители почвы:

1) пестициды  (ядохимикаты);

2) минеральные  удобрения;

3) отходы  и отбросы производства;

4) газодымовые  выбросы загрязняющих веществ  в атмосферу;

5) нефть  и нефтепродукты.

В мире ежегодно производится более миллиона тонн пестицидов. Только в России используется более 100 индивидуальных пестицидов при общем годовом объеме их производства — 100 тыс. т. Наиболее загрязненными пестицидами районами являются Краснодарский край и Ростовская область (в среднем около 20 кг. на 1 га). В России на одного жителя в год приходится около 1 кг пестицидов, во многих других развитых промышленных странах мира эта величина существенно выше. Мировое производство пестицидов постоянно растет.

В настоящее  время влияние пестицидов на здоровье населения многие ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных  веществ. Достоверно установлено, что  при применении пестицидов, наряду с некоторым увеличением урожайности, отмечается рост видового состава вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции, утрачивается естественное плодородие и т. д.

По мнению ученых, подавляющая часть применяемых  пестицидов попадает в окружающую среду (воду, воздух), минуя виды-мишени. Пестициды  вызывают глубокие изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время как человек использует их для уничтожения весьма ограниченного  числа видов организмов. В результате наблюдается интоксикация огромного  числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения. К тому же человек  старается использовать значительно  больше пестицидов, чем это необходимо, и еще более усугубляет проблему.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ), которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов. Но и в ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, а в более высоких концентрациях обладают выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека, пестициды могут вызвать не только быстрый рост злокачественных новообразований, но и поражать организм генетически, что может представлять серьезную опасность для здоровья будущих поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них — ДДТ в нашей стране и в ряде других стран запрещено. Таким образом, можно с уверенностью констатировать, что общий экологический вред от использования загрязняющих почву пестицидов многократно превышает пользу от их применения. Воздействие пестицидов оказывается весьма негативным не только для человека, но и для всей фауны и флоры. Растительный покров оказался очень чувствительным к действию пестицидов, причем не только в зонах его применения, но и в местах, достаточно удаленных от них, из-за переноса загрязняющих веществ ветром или поверхностным стоком воды

Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать пищевую  цепь. При распылениипестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (орнитофауны). Особенно страдают популяции певчих и перелетных дроздов, жаворонков и других воробьиных.

Работами  отечественных и зарубежных исследователей неопровержимо доказано, что загрязнение  почв пестицидами вызывает не только интоксикацию человека и большого числа  видов животных, но и ведет к  существенному нарушению воспроизводящих  функций и, как следствие, к тяжелым  демо-экологическим последствиям. С длительным применением пестицидов связывают также развитие резистентных (устойчивых) рас вредителей и появление новых вредных организмов, естественные враги которых были уничтожены.

  • Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения. При самых благоприятных условиях из всего количества азотных удобрений применяемых в США, поглощается растениями 80%, а в среднем по стране лишь 50 %. Это приводит к нарушению биогеохимического круговорота азота, фосфора и некоторых других элементов. Экологические последствия этого нарушения в наибольшей степени проявляются в водной среде, в частности при формировании эвтрофии, которая возникает при смыве с почв избыточного количества азота, фосфора и других элементов.

В последнее  время выявлен еще один неблагоприятный  аспект неумеренного потребления минеральных  удобрений и в первую очередь  нитратов. Оказалось, что большое  количество нитратов снижает содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух “парниковых” газов — закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека. Так, при поступлении нитратов в человеческий организм в концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие, в частности возникновение метгемоглобинемии вследствие биологических превращений нитратов в нитриты и другие токсичные соединения азота. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв.

  • К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т. особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный  вред для нормального функционирования почв представляют газодымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает способностью накапливать весьмаопасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например тяжелые металлы. Вблизи ртутного комбината содержание ртути в почве из-за газодымовых выбросов может повышаться до концентрации, в сотни раз превышающих допустимые.

  • Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения — аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т. д. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150-250 раз. На Тюменском Севере площади оленьих пастбищ уменьшились на 12,5%, т. е. на 6 млн. га, замазученными оказались 30 тыс. га. В Западной Сибири выявлено свыше 20 тыс. га, загрязненных нефтью с толщиной слоя не менее пяти сантиметров.
  • Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые могут проникать в организм человека следующим образом:
  1. Через цепь: человек — почва — человек. Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву передаются другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Таким способом человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты;
  1. Через цепь: животные — почва — человек. Существуют ряд заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных;
  2. Через цепь: почва — человек, когда патогенные организмы попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).

Вторичное засоление и заболачивание  почв

В процессе хозяйственной деятельности человек  может усиливать природное засоление  почв. Такое явление носит название вторичного засоления и развивается оно при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах.

Во всем мире процессам вторичного засоления  и осолонцевания подверженно около 30% орошаемых земель. Площадь засоленных почв в России составляет 36 млн. га (18% общей площади орошаемых земель). Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.). Уменьшается генофонд наземных популяций в связи с ухудшением условий жизни организмов, усиливаются миграционные процессы.

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание почв сопровождается деградационными процессами в биоценозах, появлением признаков оглеения и накоплением на поверхности неразложившихся остатков. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.

Опустынивание

Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной  среды в целом, является опустынивание. Опустынивание — это процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню.

Всего в мире подвержено опустыниванию  более 1 млрд. га практически на всех континентах. Причины и основные факторы опустынивания различны. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.

На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, заселяются грунтовые воды, резко  падает биологическая продуктивность, а следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливаться. “И если эрозию можно назвать недугом ландшафта, то опустынивание — это его смерть” (Доклад ФАО ООН). Процесс этот получил столь широкое распространение, что явился предметом международной программы “Опустынивание”.

Опустынивание является одновременно социально-экономическим  и природным процессом, оно угрожает примерно 3,2 млрд. га земель, на которых проживают более 700 млн.человек. Особенно опасное положение сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Буркина Фасо, Мали и др.) — переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней Сахара на севере и саванной на юге.

Причина катастрофического положения в  Сахеле обусловлена сочетанием двух факторов:

1) усилением  воздействия человека на природные  экосистемы с целью обеспечения  продовольствием быстро растущего  населения;

2) изменившимися  метеорологическими условиями (длительными  засухами). Интенсивный выпас скота  приводит к чрезмерной нагрузке  на пастбища и уничтожению  и без того разреженной растительности  с низкой естественной продуктивностью.  Опустыниванию способствует также  массовое выжигание прошлогодней  сухой травы, особенно после  периода дождей, интенсивная распашка, снижение уровня грунтовых вод  и др. Выбитая растительность  и сильно разрыхленные почвы  создают условия для интенсивного  выдувания (дефляции) поверхностного  слоя земли. Изменение природных  комплексов и их деградация  особенно заметны в период  засух.

Многие  экологи считают, что в списке злодеяний против окружающей среды  на второе место после гибели лесов  можно поставить “опустынивание”. На территории СНГ опустыниванию  подвержено Приаралье, Прибалхашье, Черные земли в Калмыкии и Астраханской области и некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия и их состояние продолжает ухудшаться.

В результате непродуманной хозяйственной деятельности на этих территориях произошли глубокие необратимые деградационные изменения природной среды и в первую очередь ее эдафической части. Это повлекло за собой резкое снижение биоразнообразия фито- и зооценозов и разрушение природных экосистем. Специалисты отмечают, что там, где по условиям рельефа, качества почвы, мощности первостоя можно было выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше. В результате травянистые пастбища превратились в эродированные земли. Так, например, только за последние пять лет площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась более чем на 50 тыс. га.

Отчуждение  земель

Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов., линий связи), при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т. д. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Конечно, эти потери в связи с развитием цивилизации неизбежны, однако они должны быть сокращены до минимума.

Антропогенное воздействие на литосферу. 8 📙 Реферат → 🆔 28319

Антропогенное воздействие на литосферу. 8 📙 Реферат → 🆔 28319

Антропогенное воздействие на литосферу. 8