йй. экологичесике основы природопользования1. Тема 1 Основы экологии Первый этап зарождение и становление экологии как науки
 Скачать 129.37 Kb.
|
|
Тема 1.3 Экосистемы. Биотическая структура экосистем Экологические факторы Функционирование экосистем">Функционирование экосистем Понятие об экосистемах и биоценозах и их границах Экосистема – биологическая система (биогеоценоз), состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Особая экосистема – биогеоценоз – участок земной поверхности с однородными природными явлениями. Составными частями биогеоценоза являются климатоп, эдафотоп, гидротоп (биотоп), а также фитоценоз, зооценоз и микробоценоз (биоценоз). Биогеоценоз – это система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах одной территории. Таким образом, экосистема = сообщество = биогеоценоз. Примеры: большие: океан, тайга, маленькие: лужа, болотная кочка. Общая схема экологической системы представлена на рисунке 1.3. Рисунок 1.3 – Схема биогеценоза Правила функционирования экосистем Живые организмы в биоценозах тесно связаны не только друг с другом, но и с неживой природой через вещество и энергию. Протекающие через живые организмы потоки вещества и энергии в процессе обмена веществ весьма велики. Человек, например, за свою жизнь потребляет десятки тонн пищи и воды, тысячи кубометров воздуха. На их сложном и постоянном взаимодействии основаны законы функционирования экосистем: Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов. Экосистемы существуют за счет незагрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии. Компоненты и состав экосистем Совокупность организмов (растений, животных, микробов) называют биотой экосистемы. Пути взаимодействия разных категорий организмов – это ее биотическая структура. Организмы, входящие в экосистему, различаются по способу питания: 1.Автотрофы (самопитающиеся) – организмы, образующие органическое вещество своего тела из неорганических веществ – углекислого газа и воды с помощью фотосинтеза или хемосинтеза. Фотосинтез осуществляют зелёные растения с помощью пигмента хлорофилла. Автотрофы это производители продукции экосистем или продуценты. 2. Гетеротрофы (питающиеся другими) – организмы, потребляющие готовое органическое вещество других организмов и продуктов их жизнедеятельности. Это животные, грибы, большая часть бактерий. Они потребители и деструкторы (разрушители). В зависимости от источников питания гетеротрофов делят на консументов– потребителей живого органического вещества других организмов (растительноядных и плотоядных), сапрофагов– питающихся мёртвым органическим веществом и редуцентов– разлагающих органическое вещество до углекислого газа, воды и минеральных элементов. Все группы организмов тесно взаимодействуют между собой, образуя потоки вещества и энергии. Их совместная жизнедеятельность поддерживает структуру экосистемы, обеспечивает её самоочищение, что представлено на рис.1.4. Рисунок 1.4 – Взаимодействие организмов в экосистеме Цепи питания, трофические уровни Питание – основной способ движения веществ и энергии. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Синтезировать органические вещества могут автотрофные организмы, растения. Готовые органические вещества используют для получения и накопление энергии гетеротрофы, или консументы. К гетеротрофам относятся травоядные и плотоядные животные. Пищевые цепи – перенос вещества и энергии от одной функциональной группы к другой. Правило экологической пирамиды – закономерность, согласно которой количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, примерно в 10 раз больше, чем масса растительноядных животных, и каждый последующий пищевой уровень также имеет массу, в 10 раз меньшую. Функциональные группы: Продуценты – неорганика à органика Консументы – органика à органика (1, 2, 3… порядка – травоядные – хищники, питающиеся травоядными – хищники, питающиеся хищниками) Например, группами животных, которые проявляют себя как консументы 1 порядка, могут быть: землеройка, лось, тетерев, полевка, слон, кабан, тетерев Редуценты – органика à неорганика. Смена биоценозов (экологическая сукцессия) Экологическая система, как и живые организмы, с течением времени меняется, т.е. проявляет способность к развитию. Последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека, называется сукцессией (от лат. succesio – следую, преемственность). Сукцессия происходит под воздействием сообщества живых организмов, вызывающих изменения в окружающей среде. Экологическую сукцессию можно определить как процесс последовательной и закономерной смены биогеоценозов. Рассмотрим в качестве примера развитие и смену озерного биогеоценоза, представленную на рис. 1.5. Рисунок 1.5 – Смена озерного биогеоценоза Можно сделать вывод, что процесс исчезновения озера происходит по схеме: а – озеро; б – по мере увеличения в озере осадочных материалов оно мелеет; в – в дальнейшем озеро превращается в болото и покрывается растительностью; г – в конце концов это место превращается в сушу. Обычно этот процесс занимает несколько тысяч лет даже для мелководных озер. Сукцессия происходит в силу действия экологического принципа сукцессионного замещения: природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущих к наиболее устойчивому в данных условиях к состоянию климакса. Концепция климакса как устойчивого состояния экосистемы Климакс – (от греч. klimax – лестница) стабильное состояние сообщества (экосистемы), в котором климаксовое сообщество (экосистема) поддерживает само себя неопределенно долго, все внутренние его компоненты уравновешены друг с другом. Климакс – «заключительная» фаза биогеоценотической сукцессии, находящаяся в наиболее полном единстве с биотом и климатом данной местности. Климакс выражается, прежде всего, в формировании относительно устойчивого, коренного фитоценоза. Классическим примером образования климакса является процесс образования елового леса, схема которого представлена на рис.1.6. Рисунок 1.6 – Процесс образования елового леса Еловый лес в своем развитии проходит несколько этапов. Первыми на бывшей пашне появляются светолюбивые и быстрорастущие травянистые растения («трава») и лиственные древесные породы: березы, осина, ольха (семена этих деревьев легко разносятся ветром). Наиболее стойкие представители успешно заселяют и утверждаются на данной территории. Благодаря их жизнедеятельности изменяется среда. Разросшиеся лиственные постоянно начинают угнетать травянистые растения. По прошествии 10-20 лет появится возможность для укоренения и прорастания всходов хвойных деревьев. Наиболее благоприятные условия для елей создаются только после смыкания крон берез, по прошествии 30-50 лет. Постепенно формируется смешанный лес. Он существует сравнительно недолго, так как светолюбивые березы не выносят затемнения и под пологом елей их возобновления не происходит. Устойчивый еловый лес на заброшенной пашне образуется примерно через 80-120 лет после первых всходов березы. В процессе развития березняков, ольховиков, а затем и елового леса в биоценоз включаются все новые виды растений и животных. Еловый лес является прекрасной пищевой базой для некоторых видов насекомых, обеспечивает им экологическую нишу и при определенных климатических условиях чрезмерное размножение этих насекомых может привести к распаду популяции хвойной породы и ее замене популяциями лиственных пород (осины, березы, ивы и др.). Тема 2.1 Природа и общество Человек – один из представителей царства животных, биологический вид класса млекопитающих. Несмотря на то, что ему присущи многие специфические свойства (разум, членораздельная речь, трудовая деятельность, биосоциальность и др.), он не утратил своей биологической сущности и все законы экологии справедливы для него в той же мере, как и для других организмов. Человек имеет свою, только ему присущую, экологическую нишу, т.е. совокупность требований к множеству экологических факторов, выработанную в процессе эволюции. Пространство, в котором локализована ниша человека, весьма ограничено. Как биологический вид человек может обитать только в пределах суши экваториального пояса (тропики, субтропики). По вертикали ниша простирается примерно на 3,0-3,5 км над уровнем моря. Совокупность условий, в которых живут современные люди, намного шире обычного понимания экологической среды. Окружающая человека среда кроме факторов общей для всех наземных животных природной среды включает еще созданные самим человеком материальную и социальную среды. Они образуют единую сложную систему взаимодействующих факторов. Созданная человеком материальная среда включает: элементы природной среды, измененные человеком: преобразованные ландшафты (превращение степи в поле, леса – в парк, части реки – в водохранилище), измененный мезоклимат, иной состав организмов в среде, отклонения от естественного состава и физико-химических свойств воздуха, воды, почвы и т.п. – так называемую квазиприродную среду. искусственные элементы: здания, сооружения, машины, кондиционированный микроклимат, шумы, электромагнитные поля, проникающая радиация, вещества, материалы и изделия, – различные средства производства и потребления. Эту среду называют техногенной. Основные исторические этапы взаимодействия общества и природы Природа – это естественное место существования человека. Во взаимодействии природы и общества можно выделить 4 периода. Первый период – биогенный. Период охватывает первобытнообщинный уклад жизни. Во время биогенного периода численность человечества была мала, человек был растворен в природе, основу его жизнедеятельности составляли собирательство и охота. По возможности воздействия на окружающую среду человечество мало отличалось от других видов живых организмов. После изобретения лука со стрелами и способов получения и использования огня, воздействие человечества на биосферу усилилось. Установлено, что в первобытнообщинную эпоху человек изменил растительный покров(создал из тропических лесов африканские саванны) и уничтожил несколько видов травоядных животных: мамонта, гигантского оленя, шерстистого носорога. Продолжительность биогенного периода не менее 2 млн. лет. Второй период – аграрный. Период начался около 6 тысяч лет назад после изобретения железного плуга, движимого домашними животными. Этот период длился до XVII века н.э. Он соответствует рабовладельческому и феодальному обществам. С развитием земледелия и скотоводства воздействие на биосферу усилилось следствие уменьшения зеленого покрова из-за вырубки лесов. В результате неразумной вырубки лесов, распашки лугов и выпаса скота огромные территории превратились в песчаные пустыни и скалистые горы. Примером могут служить африканская Сахара, прибрежные зоны Средиземноморья, пустыни Ближнего Востока. В начале аграрного периода человеческой цивилизации данные территории были покрыты лесами. С аграрного периода фактически начинается техногенная эпоха в истории человечества. Развитие земледелия, скотоводства, мореходства потребовало совершенствования техники, технологии и паук (географии, математики, химии, физики). Вместе с тем усилилось техногенное давление на биосферу. Третий – индустриальный. Период (с XVII в. до наших дней) является кульминацией техногенной эпохи. По мере развития промышленности воздействие общества на биосферу увеличилось, количественно и изменилось качественно. Бурно развиваются горнодобывающие отрасли промышленности и металлургия, многократно увеличивается выработка энергии за счет сжигания: горючих ресурсов. Меняется химическое воздействие на биосферу вследствие синтеза новых веществ, рассеяния загрязнений на огромные территории и химизации сельского хозяйства. Но по мере роста масштабов и темпов производственной деятельности возможности самовосстановления экосистем оказались исчерпанными. Стали заметны изменения физических, химических, биологических показателей биосферы. К середине XX в. воздействие на биосферу приобретает глобальный характер.Равновесие нарушено, и дальнейшее развитие производства становится невозможным из-за истощения окружающей среды. Во время четвертого – информационно-экологического – периода, который был предсказан русским ученым В.И. Вернадским и зарождается в настоящее время, происходит осознание ограниченности ресурсов планеты. Данный период предполагает разумное с экологических позиций развитие человечеством своих производственных мощностей. Существующий высокий уровень развития науки и техники позволяет развивать технику и технологию производства на альтернативной, безвредной для биосферы, основе. В целом от исхода четвертого периода зависит будущее человечества. Воздействие человека на природу и его последствия Окружающая человека среда (среда обитания человека) представляет собой часть естественной природной среды, которая в результате взаимодействия общества и природы преобразуется в качественно новую структуру, органически соединяющую в себе элементы естественной среды (земля, вода, воздух и др.) с искусственно созданными элементами, продуктами хозяйственной деятельности человека (средства производства, предметы быта, культуры и т.д.). Окружающая средахарактеризуетсясложным переплетением природных и социальных факторов, отражающих особенности взаимоотношений общества, человека и природы под воздействием научно-технической революции. Состав окружающей среды: а) собственно природная среда– «первая природа», б) порожденная агротехникой среда – «вторая природа», в) искусственная среда – «третья природа», г) социальная среда – «четвертая природа». Система взаимодействия человека и природы представлена на рис. 2.1 Рисунок 2.1 – Система взаимодействия человека и природы Последствия воздействие человека на природу Разрушение местообитаний Вселение чужеродных видов Загрязнение окружающей среды Чрезмерная эксплуатация природных ресурсов Экологический кризис Несоответствие размеров производственно-хозяйственной деятельности человека ресурсно-экологическим возможностям биосферы неизбежно приводит к экологическому кризису. Экологический кризис – изменения биосферы или ее частей на большом пространстве, которые сопровождаются изменением среды и систем в целом и переходом в новое качество. Примеры: Массовое уничтожение крупных животных («кризис консументов»), связанный с последовавшей за ним сельскохозяйственной экологической революцией. Засоления почв и деградация примитивного поливного земледелия, недостаточность его для растущего народонаселения Земли, что привело к преимущественному развитию неполивного земледелия. Массовое уничтожение и нехватка растительных ресурсов, или «кризис продуцентов», связанный с общим бурным развитием производительных сил общества, вызвавший широкое применение минеральных ресурсов, промышленную, а в дальнейшем и научно-техническую революцию. Угроза недопустимого глобального загрязнения. Редуценты не успевают очищать биосферу от антропогенных продуктов или потенциально не способны это сделать в силу неприродного характера выбрасываемых синтетических веществ. Этот кризис называют «кризисом редуцентов», которому соответствует высший этап научно-технической революции – реутилизация продуктов и условное замыкание технологических циклов. Следует различать локальные, региональные и глобальные кризисы. Локальные связаны с проблемами отдельных местообитаний и отдельных популяций человека, региональныеохватывают крупные области, а глобальные распространяются на весь земной шар. Экологическая революция – ответная реакция человечества на кризисное состояние системы «человек и биосфера».Как правило, охватывает все стороны хозяйства и приводит к изменению взглядов людей на природу, ее эксплуатацию. Экологическая катастрофа – это необратимое изменение природных комплексов, произошедшее в результате воздействия человека или стихии. Катастрофа (от греч. katastrophe – переворот, гибель) – это внезапное событие, быстротекущий процесс, влекущий тяжелые последствия, разрушения, жертвы. Примеры техногенных катастроф: 1. Чернобыльская катастрофа, СССР (1986) В результате разрушения реактора на атомной электростанции в Чернобыле: в окружающую среду было выброшено большое количество радиоактивных веществ. из сельскохозяйственного оборота было выведено около 5 млн га земель, вокруг АЭС создана 30-километровая зона отчуждения, уничтожены и захоронены (закопаны тяжёлой техникой) сотни мелких населённых пунктов. 2. Выброс цианистых соединений в Бхопале, Индия (1984) В результате аварии на химическом заводе в индийском городе Бхопал: аварийный выброс в атмосферу около 42 т ядовитых паров, 3 тысячи человек погибли непосредственно в день аварии, по меньшей мере 15 тысяч – в последующие годы. 3. Гибель Аральского моря, Казахстан (1960) Аральское море являлось четвёртым по площади озером в мире – усыхание началось в 1960-х, когда большая часть воды из рек Сырдарьи и Амударьи стала через систему каналов забираться на орошение и хозяйственные нужды Туркмении, Узбекистана и южного Казахстана. В результате море значительно отступило от своего берега и обнажилось дно, покрытое морскими солями с примесью пестицидов и других химикатов. Ежегодно со дна Аральского моря ветрами поднимается до 150 миллионов тонн соли. Ядовитые соли Аральского региона обнаружены в крови пингвинов Антарктиды, на ледниках Гренландии, а также в лесах Норвегии, на полях Белоруссии. 4. Взрыв нефтяной платформы в Мексиканском заливе (2010) Авария произошла 20апреля2010 года в 80 километрах от побережья штата Луизиана в Мексиканском заливе на нефтяной платформе Deepwater Horizon. Последовавший после аварии разлив нефти стал крупнейшим в истории США. Через повреждения труб скважины на глубине 1500 метров в Мексиканский залив за 152 дня вылилось около 5 миллионов баррелей нефти, нефтяное пятно достигло площади 75 тысяч квадратных километров. По состоянию на 2 ноября 2010 года было собрано 6814 мёртвых животных, в том числе 6104 птицы, 609 морских черепах, 100 дельфинов и других млекопитающих. 5. Авария на АЭС Фукусима, Япония (2011) 11 марта 2011 года в результате землетрясения в Японии на АЭС «Фукусима» произошла радиационная авария. В конце 2012 года уровень радиации на побережье, где находится АЭС «Фукусима-1», превышал норму более чем в сто раз. В этом районе по-прежнему запрещено ловить рыбу. Большинство жителей не спешат возвращаться в свои дома. Врачи отметили, что жители префектуры Фукусима стали чаще болеть раком. Таким образом, экологическая катастрофа отличается от экологического кризиса тем, что кризис – это обратимое состояние, где человек выступает активно действующей стороной, а катастрофа – необратимое явление, человек здесь вынужденно пассивная, страдающая сторона. В более широком понимании экологические катастрофы – это фазы развития биосферы, где происходит качественное обновление живого вещества, например вымирание одних видов и возникновение других. Под экологическим кризисом в широком смысле слова понимается значительное региональное или локальное нарушение условий среды, которое приводит к полному или частичному нарушению местных экологических систем. Из этого можно сделать вывод, что экологический кризис может стать первопричиной необратимой экологической катастрофы. Коллапс – (от латинского collapses – упавший) – процесс разрушения какой-либо структуры под влиянием системного кризиса. Экологический коллапс связан с переходом среды в состояние, исключающее существование в ней ранее населявших ее организмов. Экологический коллапс – это результат системного экологического кризиса и экологической катастрофы. Пример – увеличение площади пустыни Сахара. Возможные пути дальнейшего развития взаимодействия природы и человека Представления о возможных путях дальнейшего развития цивилизации можно подразделить на 3 группы: биоцентризм, антропоцентризм и устойчивое развитие (табл. 2.1). Таблица 2.1 – Пути развития цивилизации
|