Дыхание, выделение, рост, размножение и другие формы

активности. Суммарные результаты этого воздействия огромны и проявляются в масштабах всей планеты.

Средообразующая деятельность организмов.

Фильтрационное питание.

Самоочищение

Водоемов.

Через 5 суток субстрат полностью перерабатывается личинками в рыхлый стерильный перегной, очень ценный как органическое

удобрение. Выросших личинок извлекают из субстрата автоматизированными методами и используют как белковый корм на птицефермах и в рыбных хозяйствах. Таким образом, вид, который ранее считался только вредным, превращен в хозяйственно ценный.

2. Для очистки промышленных и городских сточных вод от органических веществ используют деятельность бактерий и мелких фильтраторов (инфузорий, коловраток и др.). Один из видов очистных сооружений - аэротенки. Это длинные емкости глубиной 5 м и шириной 10 м, через которые протекает сточная жидкость. Со дна аэротенка подается

воздух в виде мелких пузырьков, поднимающихся кверху. Ток воздуха создает благоприятные кислородные условия для микроорганизмов и простейших, которые размножаются в огромном количестве. Они очищают воду, образуя хлопья так называемого «активного ила». Из аэротенков вода поступает в отстойники, где «активный ил» оседает на дно, а затем вновь используется для зарядки аэротенка.

3. Зеленые насаждения в городе намного улучшают микроклимат. В городских парках в жаркий день температура на 6-8“ ниже, чем на улицах. Даже возле газонов на 2-3° прохладнее, чем на тротуаре, за счет испарения растениями влаги. Заметно изменяется и состав городского воздуха. Одно дерево выделяет столько кислорода, сколько нужно для дыхания 4 человек. Кроме того, растения поглощают примеси некоторых ядовитых газов и выделяют летучие вещества - фитонциды, которые губительны для бактерий, содержащихся в

воздухе. Один гектар парка из лиственных деревьев задерживает за год до 100 т пыли. В городах с интенсивной промышленностью

4. Подсчитано, что в Волгоградском водохранилище мелкие двуствор- чатые моллюски дрейссены с апреля по ноябрь отфильтровывают 840 млрд м3 воды, что в 24 раза превышает полный объем водохранилища. При этом ими осаждается на грунт 29 млн т несъедобной взвеси, в среднем более 8 кг на каждый квадратный метр.

5. Среднее число нор млекопитающих на 1 га составляет в лиственных лесах около 1000, в лесостепи - 7500, в степи - 5000, в пустынях - 1500. Ежегодно норы подновляются или роются на новом месте. Перерытые участки заселяются сорными растениями, которые способны прорастать только на нарушенных местах. Эти растения, которые широко распространены в настоящее время на пахотных почвах, существовали задолго до появления земледелия и обязаны своим происхождением деятельности роющих животных.

□ Вопросы. 1. Известно, что бобовые растения улучшают условия для последующего урожая зерновых. Что же меняют они в окружающей среде? 2. Приведите примеры диких

животных и растений, для которых человеческая деятельность явно улучшила среду их обитания. 3. Приведите свои примеры преобразования организмами окружающей их среды.

4. Загрязнены ли водоемы там, где вы живете? Много ли в них водных обитателей? Есть ли

среди них фильтраторы? 5. В почву часто вносят ядохимикаты для борьбы с вредителями растений. Как это может отразиться на процессах разложения растительных остатков? 6.

Какое влияние оказывают лесополосы вокруг полей на условия произрастания сель- скохозяйственных культур? 7. Возможности самоочищения водоемов сильно снижаются при сбросе в них теплых промышленных вод. Почему? Почему это явление называют тепловым загрязнением водоемов?

Q Темы ДЛЯ дискуссий. 1. Растения можно выращивать без почвы, на гидропонике, т. е. в

растворах питательных веществ, и получать большие урожаи. Значит ли это, что нарушения почвообразующей деятельности живых организмов уже не являются предметом беспокойства для людей? 2. Г нус (комары и мошки) в некоторых районах сильно досаждает человеку. Обсудите, что произойдет с окружающей средой, если полностью уничтожить этих насекомых, применив ядохимикаты. 3. Если в природе так много фильтрующих организмов и

так велики возможности самоочищения водоемов, то почему же возникла проблема загрязнения вод? 4. Правильно ли используют роль зеленых насаждений для улучшения среды в том районе, где вы живете?

§6. Приспособительные формы организмов

ВСПОМНИТЕ

Почва Плотность воды,

реакции

По внешнему облику разных видов животных и растений можно понять, не только в какой среде они обитают, но и какой образ жизни в ней ведут.

Если перед нами четвероногое животное с сильно развитой мускулатурой бедер на задних конечностях и гораздо более слабой - на передних, которые к тому же и укорочены, с относительно короткой шеей и длинным хвостом, то мы с уверенностью можем сказать, что это - наземный прыгун, способный к быстрым и маневренным движениям,

обитатель открытых пространств. Так выглядят и зна-

Египетский тушканчик Сумчатый тушканчик

Прыгунчик

Рис. 28.

Конвергентное сходство прыгающих животных разных континентов

Рис. 29.

Медведка и крот

менитые австралийские кенгуру, и пустынные азиатские тушканчики, и африканские прыгунчики, и многие другие прыгающие млекопитающие - представители различных отрядов, живущие на разных континентах (рис. 28). Они обитают в степях, прериях, саваннах - там, где быстрое передвижение по земле - главное средство спасения от хищников.

Длинный хвост служит балансиром при быстрых поворотах, иначе

животные теряли бы равновесие.

Бедра сильно развиты на задних конечностях и у прыгающих насе- комых - саранчи, кузнечиков, блох, жуков-листоблошек.

Компактное тело с коротким хвостом и короткими конечностями, из которых передние очень мощные и выглядят похожими на лопату или грабли, подслеповатые глаза, короткая шея и короткий, как бы подстри- женный, мех говорят нам о том, что перед нами подземный зверек, роющий норы и галереи (рис. 29). Это может быть и лесной крот, и степной слепыш, и австралийский сумчатый крот, и многие другие млекопитающие, ведущие сходный образ жизни.

Роющие насекомые - медведки также отличаются компактным, ко- ренастым телом и мощными передними конечностями, похожими на уменьшенный ковш бульдозера. По внешнему виду они напоминают ма- ленького крота.

Все летающие виды имеют развитые широкие плоскости - крылья у птиц, летучих мышей, насекомых или расправляющиеся складки кожи по бокам тела, как у планирующих летяг или ящериц.

Организмы, расселяющиеся путем пассивного полета, с потоками воздуха, характеризуются мелкими размерами и очень разнообразной формой. Однако у всех есть одна общая черта - сильное развитие по-

верхности по сравнению с весом тела. Это достигается разными путями: за счет длинных волосков, щетинок, разнообразных выростов тела, его

удлинения или уплощения, облегчения удельного веса. Так выглядят и мелкие насекомые, и плоды-летучки растений (рис. 31).

Внешнее сходство, возникающее у представителей разных неродственных групп и видов в результате сходного образа жизни, называют

конвергенцией.

Она затрагивает преимущественно те органы, которые непосредственно взаимодействуют с внешней средой, и гораздо слабее проявляется в

строении внутренних систем - пищеварительной, выделительной, нервной (рис. 30).

Сумчатый

Сумчатый

Форма растения определяет особенности его отношений с внешней средой, например способ перенесения холодного времени года. У деревь-

Муравьед Сумчатый муравьед

Крот европейский

Жизненные формы плацентарных и сумчатых млекопитающих

Козлобородник Пушица

Рис. 31.

Тюльпанное Липа дерево

Айлант Чертополох

Семена и плоды растений, распространяемые ветром

ев и высоких кустарников самые уязвимые их части - почки возобнов- ления подвержены зимним ветрам и морозам. У многолетних трав с от- мирающими на зиму побегами они скрыты под снегом и слоем опада. У луковичных и корневищных растений - защищены еще и слоем земли. Однолетники переносят неблагоприятное время года в состоянии по- коящегося семени.

Форма лианы - со слабым стволом, обвивающим другие растения, может быть как у древесных, так и у травянистых видов. К ним относятся виноград, хмель, луговая повилика, тропические лианы. Обвивая стволы и стебли прямостоячих видов, лиановидные растения выносят свои листья и цветки к свету (рис. 32).

В сходных климатических условиях на разных материках возникает сходный внешний облик растительности, которая состоит из различных, часто совершенно не родственных видов.

Внешнюю форму, отражающую способ взаимодействия со средой обитания, называют жизненной формой вида. Разные виды могут иметь сходную жизненную форму, если ведут близкий образ жизни.

Рис. 32.

Растения-лианы: / - повилика;

2 - хмель

Жизненная форма вырабатывается в ходе вековой эволюции видов. Те виды, которые развиваются с метаморфозом, в течение жизненного цикла закономерно сменяют свою жизненную форму. Сравните, например, гусеницу и взрослую бабочку или лягушку и ее головастика. Некоторые растения могут принимать разную жизненную форму в зависимости от условий произрастания. Например, липа или черемуха могут быть и прямостоящим деревом, и кустом.

Сообщества растений и животных устойчивее и полноценнее, если они включают представителей разных жизненных форм. Это значит, что такое сообщество полнее использует ресурсы среды и имеет более разнообразные внутренние связи.

Состав жизненных форм организмов в сообществах служит как бы индикатором особенностей окружающей их среды и происходящих в ней изменений.

Инженеры, конструирующие летательные аппараты, внимательно

изучают разные жизненные формы летающих насекомых. Созданы модели машин с машущим полетом, по принципу движения в воздухе двукрылых и перепончатокрылых. В современной технике сконструированы шагающие машины, а также роботы с рычажным и гидравлическим способом

движения, как у животных разных жизненных форм. Такие машины способны передвигаться по крутым склонам и бездорожью.

□ Конвергенция. □ Форма тела животных и растений отра- Жизненная форма. жает их приспособленность к определен ному образу жизни. Даже неродственные виды могут быть внешне похожими, если ведут сходный образ жизни в сходной среде.

■ Примеры и дополнительная информация

1. Высоко в горах можно встретить удивительной формы растения-

подушки. Их сильно ветвящиеся побеги так коротки и тесно скучены, что растения напоминают плотные полушария. В условиях низких

температур и сильных ветров такая форма роста защищает нежные почки от неблагоприятных воздействий.

В суровых полярных пустынях, где почти не растут цветковые, по-

душковидную форму имеют куртинки мхов и лишайников, ютящиеся по трещинам мерзлого грунта.

2. По законам физики тело, быстро двигающееся в воде или воздухе,

должно преодолевать лобовое сопротивление, сила которого зависит от плотности среды, скорости движения и формы тела. По расчетам, в воде такое сопротивление меньше всего в том случае, если длина быстродвижущегося тела относится к его диаметру примерно как 5:1.

Действительно, именно такие пропорции свойственны наиболее быстро плавающим животным - дельфинам, меч-рыбе, тунцам, китам, вымершим водным ящерам - ихтиозаврам. Головоногие моллюски -

кальмары, когда плывут, складывают свои щупальца и тоже принимают торпедовидную форму. По форме тела плывущего животного можно безошибочно определить ту максимальную скорость, на которую оно способно.

3. Впервые на сходство форм разных видов животных в связи со сходным образом жизни указал в XIX в. К. Ф. Рулье, профессор Московского университета. В лекциях по зообиологии он описал общие черты

«водяных», «воздушных» и «земляных» животных, указав на приспособления к плаванию, полету, прыганью, лазанью и рытью.

Основоположником учения о сходстве форм у растений был известный немецкий ботаник-путешественник А. Гумбольдт. В начале XIX в. он описал внешнее сходство растений на разных континентах в похожих климатических условиях.

4. По правилу Аллена, установленному еще в XIX в., существует связь между строением тела теплокровных животных (птиц и мле-

50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 Температура. С

Рис. 33.

50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 Температура, “С

Внешний облик (длина конечностей и ушей) песца и африканской лисицы фенек и температура окружающей их среды

копитающих) и климатом, в котором они живут. У животных холодного климата все выступающие части тела (уши, хвост, конечности) намного короче, чем у родственных им видов в теплых краях. Эти особенности строения уменьшают общую поверхность тела, через которую происходят потери тепла из организма (рис. 33).

5. Любая группа организмов имеет свои приспособительные формы. По внешнему облику можно легко определить, в каких условиях живет

данный вид. Например, среди саранчовых насекомых обитатели густой злаковой растительности отличаются зеленым цветом, стройным,

сжатым с боков телом с гладкими покровами, заостренной формой головы. У обитателей открытых пустынных участков тело коренастое, широкое, покрыто бугорками и морщинками, окрашено под цвет грунта, угол головы тупой, задние бедра очень мощные (рис. 34).

□ Вопросы. 1. Конвергентное сходство видов облегчает или затрудняет работу

систематиков? Почему? 2. Основоположник современной систематики Карл Линней, живший в XVIII в., сначала относил китов к рыбам и лишь через несколько лет исправил свою ошибку. Обьясните, на основании чего он мог прийти к ложному

Рис. 34.

Два вида саранчи: обитатель травостоя и каменистого грунта

заключению и что могло послужить доказательством истинного систематического положения китообразных. 3. Среди мелких почвенных животных различают жизненные формы поверхностных и глубинных обитателей. Как изменится состав жизненных форм таких животных в местах массового отдыха, где ходит очень много людей? 4. Какие общие приспособительные

черты можно отметить во внешней форме верблюда и страуса? 5. В каких условиях адаптивна

форма растения перекати-поле? 6 . Во влажном тропическом климате среди растительности преобладают древесные формы, в умеренном и холодном увеличивается доля травянистых многолетников с подземными почками возобновления. Объясните, с чем это связано.

ВСПОМНИТЕ

□ Темы ДЛЯ ДИСКУССИЙ. 1. Применимо ли правило Аллена к человеку? 2. Какие изменения

В составе видов или в составе жизненных форм - отражают более серьезные перестройки в природных сообществах? Как вы предложите в связи с этим организовать службу мониторинга в заповедниках? 3. Предложите конструкцию парящего в воде аппарата

на основе анализа жизненных форм у представителей планктона (см. рис. 16). 4.

Экологическая инженерия разрабатывает принципы создания искусственных сообществ и восстановления нарушенных. Вам надо создать парк для отдыха. С чего следует начинать планирование мероприятий - с подбора жизненных форм или видов растений? Почему? 5.

Перед вами задача - восстановить лес на безжизненных глинистых отвалах в местах добычи полезных ископаемых. Какие формы растений и животных вы подберете для этих целей?

Суточные и сезонные изменения в природе

§ 7. Приспособительные ритмы жизни

Жизнь на Земле развивалась в условиях регулярной смены дня и ночи и чередования времен года из-за вращения планеты вокруг своей оси и вокруг Солнца. Ритмика внешней среды создает периодичность, т. е. повторяемость условий в жизни большинства видов. Регулярно повторяются как критические, трудные для выживания периоды, так и благоприятные.

Приспособленность к периодическим изменениям внешней среды выражается у живых существ не только непосредственной реакцией на изменяющиеся факторы, но и в наследственно закрепленных внутренних ритмах.

Суточные ритмы. Суточные ритмы приспосабливают организмы к смене дня и ночи. У растений интенсивный рост, распускание цветков приурочены к определенному времени суток. Животные в течение суток сильно меняют активность. По этому признаку различают дневные и ночные виды.

Суточный ритм организмов - это не только отражение смены внешних условий. Если поместить человека, или животных, или растения в постоянную, стабильную обстановку без смены дня и ночи, то сохраняется ритмика процессов жизнедеятельности, близкая к суточной (рис. 35).

Организм как бы живет по своим внутренним часам, отсчитывая время.

Суточный ритм может захватывать многие процессы в организме. У человека около L00 физиологических характеристик подчиняются су-

точному циклу: частота сокращения сердца, ритм дыхания, выделение гормонов, секрета пищеварительных желез, кровяное давление, темпе- ратура тела и многие другие. Поэтому, когда человек бодрствует вместо сна, организм все равно настроен на ночное состояние и бессонные ночи плохо отражаются на здоровье.

Однако суточные ритмы проявляются не у всех видов, а только у тех, в

жизни которых смена дня и ночи играет важную экологическую роль.

Обитатели пещер или глубоких вод, где такой смены нет, живут по другим ритмам. Да и среди наземных жителей суточная периодичность

Суточные ритмы: 24 часа Дни 1 2 3

	Г " Ш	/ \
	(fei И	м "

Рис. 35.

Суточные ритмы движения листьев фасоли и активности крыс в условиях постоянного освещения в лаборатории

выявляется не у всех. Например, крохотные землеройки сменяют активность и отдых каждые 15-20 минут, невзирая на день или ночь. Из- за высокой скорости обмена веществ они вынуждены питаться круг- лосуточно.

В опытах при строго постоянных условиях плодовые мушки-дрозо- филы сохраняют суточный ритм в течение десятков поколений. Эта периодичность передается у них по наследству, как и у многих других видов. Так глубоки приспособительные реакции, связанные с суточной цикликой внешней среды.

Нарушения суточной ритмики организма в условиях ночной работы, космических полетов, подводного плавания и т. п. представляют серьезную медицинскую проблему.

Годовые ритмы. Годовые ритмы приспосабливают организмы к се- зонной смене условий (рис. 36). В жизни видов периоды роста, размно- жения, линек, миграций, глубокого покоя закономерно чередуются и повторяются таким образом, что критическое время года организмы

встречают в наиболее устойчивом состоянии. Самый же уязвимый процесс

Размножение и выращивание молодняка - приходится на наиболее благоприятный сезон. Эта периодичность смены физиологического состояния в течение года во многом врожденная, т. е. проявляется как внутренний годовой ритм. Если, например, австралийских страусов или дикую собаку динго поместить в зоопарк Северного полушария, период размножения у них наступит осенью, когда в Австралии весна.

Перестройка внутренних годовых ритмов происходит с большим трудом, через ряд поколений.

Подготовка к размножению или к перезимовке - длительный процесс, который начинается в организмах задолго до наступления критических

периодов.

Резкие кратковременные изменения погоды (летние заморозки, зимние оттепели) обычно не нарушают годовых ритмов растений и животных.

Главный экологический фактор, на который реагируют организмы в своих годовых циклах, - не случайные изменения погоды, а фотопериод -

изменения в соотношении дня и ночи.

Длина светового дня закономерно изменяется в течение года, и именно эти изменения служат точным сигналом приближения весны, лета, осени или зимы.

Способность организмов реагировать на изменение длины дня получила

название, фотопериодизм.

Если день сокращается, виды начинают готовиться к зиме, если

удлиняется - к активному росту и размножению. В этом случае для жизни организмов важен не сам фактор изменения длины дня и ночи,

Бои самцов

Олени теряют рога

из-за самок

С рогов II спадает кожа и шерсть

Телята теряют пятнистость

Телята подрастают

Появление телят. Пятнистая окраска - покровительственная

Рис. 36. Годовой цикл в жизни оленей

Перемещение .. в поисках a .Vw.

Появляются новые рога - панты, покрытые кожей и шерстью

а его сигнальное значение, свидетельствующее о предстоящих глубоких изменениях в природе.

Как известно, длина дня сильно зависит от географической широты. В северном полушарии на юге летний день значительно короче, чем на севере. Поэтому южные и северные виды по-разному реагируют на одну и ту же величину изменения дня: южные приступают к размножению при более коротком дне, чем северные.

РЕФЕРАТ

по биологии на тему

Живые организмы и окружающая среда

Г.Донецк 2004г.

Введение

1 Экологические факторы , влияющие на живой организм

1.1 Факторы неживой природы.

1.2 Факторы живой природы (взаимосвязь между живыми организмами)

1.3 Хозяйственная деятельность человека

2. Тайга и тундра . Пример растительного сообщества (растения входящие в него)

3.Изменение окружающей среды в результате деятельности человека

Список литературы

ВВЕДЕНИЕ

Реферат посвящен экологии - области биологии, изучающей взаимодействия между организмами и окружающей их средой. Среда слагается из физических факторов (солнечный свет , температура, наличие или отсутствие воды, толщина почвенного слоя и структура почвы), химических факторов (со-став воздуха , почвы и веществ, растворенных в воде) и биологических факторов (другие организмы, обитающие в данной местности). До 60-х годов нашего века большинство людей не слышали об экологии, однако к тому времени зга наука могла бы отпраздновать столетие своего существования. Экология возникла из такой уже вполне сформированной дисциплины, как естественная история-на-блюдение за организмами в природе и их описание.

В странах Европы и Америки издавна утвердилось представление, что пред-назначение человека заключается в «покорении природы». В последнее время , однако, человек стал осознавать, что он составляет часть природы, а не стоит над ней и что сохранение цивилизации зависит от того , выживут ли окружающие растения и животные , бактерии и грибы . Во многих случаях деятельность человека угрожает его выживанию и в настоящее время перед нами стоит задача ни в коем случае не допустить слишком сильного нарушения экосистемы Земли. Но прежде чем решить, как нам следует (или не следует) действовать, мы должны понять законы взаимодействия организмов в природе.

Мы начнем с выяснения вопроса о том, почему организмы обитают именно там, где они обитают. Этот вопрос возник у натуралистов, когда они, обследуя земной шар и составляя перечни населяющих его живых организмов, выявили две общие характерные черты, наблюдаемые повсеместно. Во-первых, в каждой вновь обследуемой области обнаруживаются виды организмов, прежде не-известные науке, и список официально признанных видов неуклонно возрастает Во-вторых, несмотря на все возрастающее число известных видов, су-ществует всего лишь несколько основных типов сообществ-групп организмов, живущих в одном и том же месте. Крупнейшие наземные сообщества, занимаю-щие огромные пространства суши, называют биомами. Каждый биом можно распознать по характерной структуре доминирующей в нем растительности. Почему в разных частях земного шара можно встретить такие сходные сообщества организмов?

Экологические факторы, влияющие на живой организм.

Факторы неживой природы.

Для областей с одинаковым кли-матом характерны биомы одного и того же типа; климат определяет тип расти- тельности в данной местности, а растительность в свою очередь определяет облик сообщества.

Климат зависит главным образом от солнца . Вблизи экватора солнечные лу-чи падают на землю почти вертикально, и поэтому тропические растения полу-чают гораздо больше солнечной энергии, чем растения за пределами тропиков, освещаемые косыми лучами солнца (рис. 1.1).

Вследствие наклона земной оси во внетропических областях погода в разное время года бывает различной, тогда как в тропиках сезонные изменения длины дня и температуры незначительны.

От солнца зависит не только интенсивность света, используемого при фото-синтезе, но также температура среды. Поскольку тропические области круглый год получают почти вертикальные солнечные лучи, для них характерна довольно постоянная высокая температура. В других областях земного шара темпера-тура воздуха варьирует в зависимости от количества солнечного света и его ин-тенсивности в разное время года. В общем при более высокой температуре растения растут быстрее. Пределы колебаний температуры строго определяют видовое разнообразие организмов, обитающих в той или иной конкретной области.

Другой важный климатический фактор-это влажность , зависящая, по край-ней мере частично, от количества солнечного света и температуры. Теплый воз-дух поднимается вверх, а кроме того, он удерживает больше водяных паров, чем холодный. При охлаждении воздуха часть содержащейся в нем влаги конденси-руется, выпадая в виде дождя, снега или росы. В районе экватора нагретый воз-дух поднимается вверх, разреживаясь и охлаждаясь по мере перемещения во все более высокие сдои атмосферы и высвобождая часть содержащихся в нем во-дяных паров; в результате во многих областях, находящихся вблизи экватора, выпадает большое количество осадков. Примерами служат бассейн реки Конго в Африке и бассейн Амазонки в Южной Америке, где обильные осадки делают возможным существование тропических лесов. На большей высоте воздушные массы перемещаются как к северу, так и к югу от экватора; в конце концов воз-дух достаточно охлаждается и вновь опускается на землю, по пути нагреваясь и поглощая дополнительные количества водяных паров. Именно в этих обла-стях земного шара находятся обширные пустыни . Еще дальше на север и на юг в умеренных широтах, в которых расположена большая часть тер-ритории США, Европы и Азии, сильные ветры приносят воздушные массы иног-да из холодных полярных, а иногда из теплых тропических областей, обусловли-вая переменчивую погоду.

Еще один фактор, оказывающий влияние на распределение организмов - это почва . Почва образуется в результате разрушения подстилающей материнской (коренной) породы и добавления к этому минеральному компоненту органического вещества, главным образом мертвых растений или их частей. Таким образом содержание в почве тех или иных минеральных веществ зависит от состав материнской породы; при отсутствии каких-либо необходимых минеральных веществ, растения будут расти плохо, несмотря на наличие всех других факторов. Органические соединения , содержащиеся в почве, создают запас биогенных элементов, вовлекаемых в круговорот ; кроме того, они служат своеобразно «губкой», впитывающей дождевую воду и сохраняющей ее в почве, где она продолжает оставаться доступной растениям, а не стекает в реки

Факторы живой природы. Взаимосвязь между живыми организмами.

Каждое растение живет не обособленно, а взаимодействуя с другими растения-ми, бактериями , грибами, животными (рис. 199), Связи между организмами разных видов, обитаю-щих совместно, очень разнообразны: они могут при-носить пользу всем организмам или только одним из них, иметь отрицательные последствия для некото-рых из них. Все формы взаимосвязей между организ-мами разных видов называют симбиозом (в буквальном смысле - сожительство ).Это такие взаимоотношения между двумя организмами, при которых организм извлекает пользу от присутствия другого и не может существовать без него.

Взаимовыгодные связи существуют, например, между корнями высших растений и грибницей шляпочных грибов (березы и подберезовика, осины и под-осиновика) бобовыми растениями и азотфиксирующими клубеньковыми бактериями.

Особи одного или разных видов могут конкуриро-вать между собой за ресурсы окружающей среды - во-ду, свет, питательные вещества, места произрастания. При этом потребление определенных ресурсов одними организмами уменьшает их доступность для других. Такие отношения между организмами называют кон- куренцией (от лат. конкуренции - сталкиваться).

Примером конкуренции между особями одного ви-да, то есть внутривидовой, может служить сосновый лес, в котором все деревья одного возраста и конкури-руют за свет. Растущие быстрее деревья зате-няют отстающие в росте, чем еще более задерживают их рост или даже вызывают гибель. Межвидовая кон-куренция наблюдается между видами одного сообщест-ва со сходными требованиями к условиям среды обита-ния. (Например, в смешанных лесах между дубом и грабом.)

Растения разных видов могут неблагоприятно вли-ять друг на друга с помощью биологически активных веществ, которые они образуют и выделяют в почву, воду, атмосферу. Такие вещества угнетают рост и да-же вызывают гибель других организмов, в том числе и растений.

Некоторые виды растений, например орхидей, по-селяются на стволах и ветвях тропических деревьев, не принося им вреда. Они используют деревья только как место поселения. Воду такие растения поглощают из влажного воздуха с помощью воздушных корней, минеральные вещества - из пыли, накапливающейся в трещинах деревьев.

Многие животные питаются тканями живых расте-ний (разные виды клещей, насекомые , грызуны). Та-кие виды называют растительноядными. На пастби-щах животные поедают только определенные виды растений, избегая ядовитые или с горьким вкусом. В качестве защиты от выедания у крапивы на листьях имеются волоски со жгучим веществом, которое при попадании в кожу животных или человека вызывает ожоги . У многих видов листья (кактусы), прилистники (белая акация), побеги (боярышник) видоизменяются в колючки или же на стебле образуются особые выросты - шипы (шиповник) для защиты от животных.

Хозяйственная деятельность человека.

Все мы знаем, почему деятельность современн ого человека приводит к разрушению природных местообитаний: он истребляет растительность, с тем чтобы расчистить место для своих нужд с опутствующих всем его начинаниям автостоянок. Поэтому когда мы говорим что тип сообщества в данной местности определяется климатом , мы имеем ввиду то сообщество, которое существовало бы в этой местности, если бы ее не тревожили в течение достаточно длительного времени, а не то, которое существует там на самом деле. Сообщество, складывающееся в данной местности при отсутствии вмешательства извне и остающееся неизменным до тех пор, по- ка не возникает никаких нарушений, называют климаксным сообществом.

В случае разрушения сообщества в результате деятельности человека или стихийных бедствий, таких, как наводнение или пожар , в нем начинается мед- ленный процесс восстановления исходного состояния, известный под названием сукцессии. Сукцессия представляет собой последовательный ряд изменений, ко- торые в конечном счете приводят к образованию климаксного сообщества (при условии, что дальнейших нарушений не возникает).

Примером сукцессии может служить восстановление климаксного листопад- ного леса на заброшенном поле в Новой Англии. Когда поле перестают воз-делывать, оно вскоре зарастает однолетними травянистыми растениями, обра- зующими пестрый ковер: черная горчица, амброзия, одуванчики. Эти «первопроходцы», пришедшие на новое, место обитание, быстро разрастаются и производят семена , приспособленные к распространению по относительно об- ширной территории с помощью ветра или животных. Вскоре здесь появляются более высокорослые растения, такие, как золотая розга и многолетние травы. Поскольку эти пришельцы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, проросткам видов, попавшим на поле первыми, становится трудно расти. Но точно так же, как эти высокие сорняки заглушают солнцелюбивые первые виды, их в свою очередь затеняют и лишают воды про- ростки деревьев-пионеров, таких, как пенсильванская черемуха и осина, которые обосновываются медленнее, но, достигнув достаточных размеров, забирают се- бе львиную долю всех ресурсов . Сукцессия на этом не завершается, так как деревья-пионеры не относятся к видам, образующим зрелый климаксный лес; медленно растущие дуб и гикори или бук и клен виды, которые появляют- ся последними и вытесняют пионеров, затеняя их молодые деревца.

Сукцессия на заброшенном поле-пример вторичной сукцессии, протекаю- щей относительно быстро, потому что она происходит на почве, оставшейся по-сле первоначального климаксного леса. Если почва сильно истощена в результа-те бесхозяйственного ее использования или же вовсе отсутствует (как на голых скалах, обнажившихся после отступления льдов, или на застывших потоках лавы), то сукцессия протекает гораздо медленнее, поскольку рост большинства растений становится возможным лишь после образования почвы.

Сукцессию, начинающуюся на голых скалах, называют первичной сукцессией. Образование почвы может происходить в результате эрозии поверхности мате-ринской породы под действием кислоты, выделяемой лишайниками, или же замерзания и оттаивания воды, скапливающейся в расщелинах, что вызывает разрушение породы. Отмирающие лишайники вносят, кроме того, во вновь образующуюся почву органическое вещество, а мхи могут закрепиться даже на очень тонком слое остатков лишайников и минеральной пыли. По мере того как мхи все сильнее разрушают породу и добавляют к накапливающейся почве со-бственный мертвый материал , становится возможным прорастание и рост мел- ких укореняющихся растений, начинающих процесс, в основном сходный с сук- цессией «заброшенного поля».

Сукцессию можно наблюдать даже на городской улице. Мхи, лишайники и сорняки заселяют трещины на тротуарах; в каком-нибудь углу, где скапли- ваются опавшие листья и грязь, могут вырастать довольно крупные растения, а на требующих ремонта крышах - мхи. Если прекратить уборку и ремонт улиц, то даже центр большого города на протяжении жизни одного поколения может пре- вратиться в лесистую местность, усеянную камнями.

Существование разнообразных участков, претерпевающих сукцессию, обеспечивает постоянный источник «странствую- щих» растений - быстро растущих сорняков, внезапно появляющихся и так же внезапно исчезающих. Семена этих видов могут распространяться на довольно значительные расстояния при помощи ветра или животных. Кроме то- го, семена многих «странствующих» растений способны в течение длительных периодов находиться в состоянии покоя, прорастая после того, как какое-либо нарушение среды создаст соответствующие условия, например усилит освещен- ность.

Странствующие виды существуют не только среди растений, но и среди жи- вотных. Насекомые , специализированные к питанию одним определенным ви- дом растений, могут путешествовать на большие расстояния, используя хорошо развитые органы чувств в поисках новых мест, где имеется их кормовое расте- ние. Многие проблемы, возникающие в связи с вредителями сельскохозяй- ственных культур, проистекают из того, что большинство культурных растений происходит от странствующих видов, главная защита которых от насекомых со- стояла в рассеянном распределении и мигрирующем образе жизни (эти растения никогда не занимали одни и те же участки несколько лет подряд). Засевая из года, в год земельные угодья лишь одной культурой , фермеры создают идеальные ус ловия для таких странствующих насекомых, как совка капустная и листоеды, ко торым не приходится затрачивать энергию на поиски пищи, а остается толь ко кормиться и размножаться.

При многократных нарушениях среды в данной области она уже не может вернуться к климаксному состоянию. Владельцы дач и жители пригородов затрачивают массу времени, и энергии и сил, непрерывно нарушая сообщество, с тем чтобы на их лужайках оставалось лишь несколько видов низкорослых трав; при этом они постоянно прерывают сукцессию "заброшенного поля" - высокие сорняки, кустарники и светолюбивые проростки деревьев, которые несомненно возьмут верх, если ослабить бдительность. Во многих районах Среднего запада возвращению к климаксному лесу препятствовало коренное население Америки: обнаружив, что охота на бизонов, многочисленные стада которых обитали в прериях , гораздо более эффективна, чем охота на одиночных белохвостых оленей в молодых лесах, они специально выжигали леса.

Экспедиция, побывавшая на этом острове в 1962 г., сообщила, что этот вид вымер, хотя и были найдены остатки особей, погибших всего лишь около двух лет назад. Причина вымира- ния была ясна: растения, составлявшие пищу этих черепах, были полностью уничтожены козами, ввезенными на остров в 1957 г. группой рыбаков, ко-торым хотелось получать свежее молоко и мясо , пока они находились вдали от материка.

Тайга и тундра

Тайга, или северный лес, как ее иногда называют, тянется почти нескон-чаемым однообразным поясом через всю Канаду и Сибирь. Однообразие ее обусловлено небольшим числом видов деревьев (елей, сосен и пихт), адаптировавшихся к крайне холодному климату этих областей (рис. 2.1). Здесь резко выражена смена сезонов. Ввиду очень длительной зимы большая часть осадков выпадает в виде снега. Зимой, когда почва промерзает, деревья не могут восполнять запасы воды, теряемой путем испарения, хотя игловидные листья и их толстая восковидная кутикула замедляют испарение.

К северу от тайги находится безлесная тундра, в которой доминируют низкие травянистые растения, карликовые деревянистые кустарники и лишайники. Климат здесь слишком холодный, чтобы обеспечить рост деревьев, а слой почвы неглубокий, часто с прослойкой вечной мерзлоты (т. е. никогда не оттаивающий); летом, когда бывает достаточно тепло, почва оттаивает на глубину до нескольких десятков сантиметров. Вегетационный сезон в тундре очень короткий, и поэтому в случае нарушения растительного покрова он восстанавливается медленно. Это было одной из причин, почему экологи возражали против сооружения нефтепровода через Аляску.

Тундра существуют не только на крайнем севере (в Южном полушарии их нет, поскольку материки не доходят до таких высоких широт), но и на больших высотах в горах.

Изменение окружающей среды в результате деятельности человека

Деятельность человека может неблагоприятно влиять на живые организмы, и вызывать исчезновение определенных видов (пример с черепахой). В этом разделе мы рассмотрим, каким образом некоторые виды деятельности человека , например постройка элек-тростанций и сбрасывание отходов, приводят к загрязнению озера и как мож-но свести подобное загрязнение к минимуму.

Вред, наносимый некоторыми видами загрязнений, очевиден. Хлориро-ванные углеводороды , такие, как ДДТ и полихлорбифенилы (ПХБФ), и такие токсичные металлы , как , просто ядовиты для большинства организмов, в том числе для человека. Многие из этих веществ не выделяются из организ-ма, а накапливаются в живых тканях и затем передаются во все возрастаю-щих концентрациях хищникам, относящимся к более высоким трофическим уровням. Особенно большую опасность они представляют для плотоядных высших уровней, например для соколов, человека и морских птиц, питающих-ся рыбой. Популяции сапсанов в восточных районах США и пеликанов в Ка-лифорнии почти погибли из-за того, что под действием ДДТ самки стали от-кладывать яйца с очень тонкой скорлупой, которая раздавливалась, когда птицы садились на них. Накопление ртути в морской меч-рыбе и всей рыбе, обитающей в озере Онтарио, достигло такого высокого уровня, что их потре-бление человеком характер озера.

Многие глубокие олиготрофные озера, подобно озеру Тахо на границе ме-жду Невадой и Калифорнией , с начала пятидесятых годов стали заметно эв-трофицироваться вследствие загрязнения элементами питания. Самый явный симптом эвтрофикации-помутнение воды, создаваемое усиленным размноже-нием планктона. Другой признак - уменьшение численности таких рыб, как форель, любящих чистую воду, богатую кислородом . Загрязняемое элемента-ми питания озеро проходит через несколько стадий, прежде чем достигнет хо-рошо знакомого всем состояния с вонючей тиной на дне и берегами, усеянны-ми погибшей рыбой. Вначале загрязнение элементами питания способствует «цветению», или необычайно сильным взрывам численности популяции , водо-рослей. Некоторые водоросли выделяют токсины, отравляющие рыбу и де-лающие воду непригодной для питья. При отмирании водорослей бактерии разлагают их ткани и используют большую часть кислорода . В иле, лишен-ном кислорода, разложение мертвых растений некоторыми бактериями сопро-вождается выделением сероводорода (газа с запахом тухлых яиц). В «здоро-вом» озере обитающие на дне фотосинтезирующие бактерии используют этот сероводород по мере его образования. Однако при большом содержании в озере удобрений или сточных вод у его поверхности появляется так много водорослей и бактерий, что до дна доходит очень мало света и фотосинтези-рующие серные бактерии растут плохо. Они не могут использовать весь обра-зующийся сероводород, придающий загрязненному озеру его специфический запах.

Еще один вид загрязнения озер, достигший за последнее время масштабов, вызывающих тревогу, связан с кислыми дождями. Дождевая вода в восточных районах США приобретает все более кислую реакцию, делаясь иногда такой же кислой, как уксус. Проблема кислых дождей в восточных штатах связана с тем, что ветры, дующие с запада на восток , несут с собой серу содержащие промышленные загрязнения, которые, соединяясь с содержащимися в воздухе водяными парами, образуют кислоты. Затем эти кислоты выпадают на землю в виде дождя или снега. Кислый дождь разъедает краску и камень, повреждая здания и нанося экономические убытки , но, кроме того, он причиняет вред и природным экосистемам . Обследование , проведенное в 1979 г. в горах Ади-рондак (шт. Нью-Йорк), показало, что в 264 озерах и прудах вода стала на-столько кислой, что вся рыба в них погибла. Икра рыб и мальки особенно чувствительны к кислоте. Специалисты по охране окружающей среды пони-мают, что с кислыми дождями можно бороться, если потребовать, чтобы на электростанциях и промышленных предприятиях были установлены газоочи-стители для удаления серу содержащих веществ из дыма, выбрасываемого тру-бами. Однако, поскольку предприятия, считающиеся источниками кислых до-ждей, находятся слишком далеко от тех мест, где они причиняют реальный вред, доказать их виновность бывает очень трудно.

Газоочистители, башенные охладители и очистные сооружения для сточных вод стоят денег, и их установка повышает цену воды, электроэнергии и потребительских товаров. Поначалу кажется, что если надо сделать выбор между чистыми озерами и дешевой электроэнергией , то по здравому смыслу следует выбрать второе. Однако за последние годы люди стали более дальновидными и поняли, что сделать правильный выбор не так-то просто. Например, дешевле никогда не загрязнять озеро, чем очистить его, после того как его состояние станет угрожать здоровью людей. Дешевле построить современную систему канализации, чтобы предотвратить загрязнение находящегося поблизости озера или реки, чем тянуть водопроводные трубы на сотни килоI доставки питьевой воды из дальнего чистого озера. В общем и целом предупреждение часто обходится дешевле, чем лечение, и вдобавок ко всему мы можем ощущать при этом законную гордость от того, что сберегаем экосистему для своих внуков.

Список литературы:

П.Кемп, К.Армс "Введение в биологию"

Н.Н. Мусиенко, Ю.Г. Вервес, П.С. Славный, П.Г. Балан "Биология". Учебник для общеобразовательных учебных заведений.

Под одиноко стоящим среди луга деревом создаются разные условия, порождаемые в основном отбрасываемой им тенью.

Легко обнаружить, что некоторые произрастающие под ним растения развиты сильнее, другие слабее (и таких больше), чем на остальной части луга. Наконец, отдельные растения растут только под деревом, тогда как других здесь не встретишь. Уже одним своим присутствием дерево изменило луг, создав особый микроклимат, более или менее благоприятный для некоторых видов. В случае, когда причиной такого изменения является дерево, данный эффект выступает совершенно четко; в случае других организмов он может быть выражен слабее, но всегда имеется налицо. Любой организм в той или иной степени изменяет свою среду обитания - одновременно в физическом и химическом отношении.

Высшие растения, подобно только что рассмотренному в качестве примера дереву, оказывают совершенно очевидное физическое воздействие, снижая освещенность и задерживая часть выпадающих осадков на занимаемой ими площади. Разумеется, это воздействие проявляется далеко не в одинаковой степени: низкорослое травянистое растение не в состоянии дать много тени, тогда как в буковом лесу почти весь свет задерживается густой кроной; в его темном подлеске могут расти лишь немногие виды, составляющие теневыносливую флору. Менее заметно действие корневой системы растений. Вдоль участков почвы, где она пробуравлена корнями и менее плотна, сильнее циркуляция воздуха и воды. Зато наблюдается и обратное явление: мелкие корневые волоски удерживают частицы почвы и сплачивают их, препятствуя эрозии ветром и текучими водами. Со времен Бремонтье для закрепления почвы песчаных дюн используют корабельную сосну. Оказываемое ею действие предваряется другими, менее требовательными растениями типа песчаного колосняка.

Физические изменения среды, вызываемые животными, отмечаются значительно реже. В основном они касаются почвы. Самое большое воздействие на почву оказывают дождевые черви, заселяющие ее очень плотными популяциями. Заглатывая частицы почвы, они интенсивно передвигаются, проникая на большую глубину. Затем после ассимиляции содержащихся в них органических остатков частицы почвы выбрасываются из пищеварительного канала наружу. Тем самым дождевые черви способствуют лучшей аэрации почвы, проникновению в нее воды и перемешиванию, что делает ее более пригодной для возделывания. Значительность этого воздействия определяется высокой численностью червей. В отдельных случаях, по грубой оценке, на одном гектаре пашни насчитывалось свыше 300 000 дождевых червей, а на одном гектаре огорода в 10 раз больше. По массе эти количества соответственно составляют 100 кг и 1 т. Считают, что масса земли, пропускаемой одним червем за год, превышает его собственную массу в 100 раз, составляя соответственно 10 и 100 т/га. Отсюда понятна огромная роль червей в перемешивании почвы.

Но черви далеко не единственные преобразователи почвы. Аналогичную работу выполняют многие роющие животные, относящиеся к самым различным зоологическим группам - от муравьев до кроликов. Садоводы часто уничтожают кротов, портящих внешний вид газонов выбросами земли (кротовинами), хотя их деятельность очень полезна в другом отношении. Наоборот, крупные стада копытных, обитающих в саваннах, причиняют почве большой вред. Своими копытами они превращают ее в пыль, способствуя ветровой и водной эрозии. Недавно это явление было замечено в африканских заповедниках, где чрезмерно возросло поголовье слонов: кустарниковая саванна была превращена ими почти в пустыню.

Химическое воздействие, оказываемое растениями на среду, намного сильнее физического. Напомним еще раз, что хлорофиллсодержащие растения играют в биосфере первостепенную роль, поддерживая на постоянном уровне содержание в атмосфере кислорода, без которого животные и бесхлорофилльные растения не могли бы существовать. Иногда в пресных водах, обильно заселенных водной растительностью, кислород, выделяемый растениями в большом количестве, насыщает воду и пузырьками поднимается на поверхность. Лес подобен сложному химическому предприятию: зеленые части растения, главным образом листья, в процессе ассимиляции поглощают углекислый газ, выделяют кислород и синтезируют новые органические вещества. Опадающие осенью (в странах умеренного пояса) листья образуют подстилку, богатую органическими веществами, которой питаются организмы-деструкторы - животные, грибы, бактерии, разлагая ее до минеральных веществ. Последние, попадая в почву, усваиваются корнями деревьев и вступают в новый круговорот. Свойства подстилки зависят от состава древесных пород. В хвойном лесу она гораздо беднее органическими веществами, чем в лиственном, и спустя некоторое время почва оказывается неспособной обеспечить существование лиственного леса. Заинтересованность в посадках хвойного леса, дающего больше древесины, вполне понятна, но следует учитывать, что потом на этом участке бывает очень трудно восстановить лиственный лес.

С давних времен ботаникам известна совершенно особая форма изменения среды растениями, связанная с выделением ими продуктов обмена веществ. Эти продукты, выделяемые у высших растений главным образом корнями, могут быть ингибиторами или даже токсичным веществами для других растений, растущих по соседству. Впрочем, именно благодаря такому действию и было установлено их существование. Так, полынь Artemisia absinthium мешает росту купыря Anthriscus silvestris (зонтичные). Возле мелких растений тимьяна, или чабреца Thymus serpyllum, - самого распространенного представителя губоцветных - не может развиваться подорожник Plantago arenaria.

В некоторых случаях удалось установить химическую природу этих продуктов. Самым показательным примером служат, конечно, антибиотики, производимые грибами. Они оказывают тормозящее воздействие на рост некоторых бактерий. Часто антибиотики имеют достаточно простое строение и удается наладить их химический синтез. Это гораздо удобнее, чем экстрагировать их из культуры плесневых грибов.

Продукты, выделяемые растениями, могут иногда оказывать воздействие на фауну. Так, большие скопления перидиниевых водорослей в море и синезеленых в пресных водах выделяют токсичные вещества, которые вызывают массовую гибель животных. Эти вещества действуют избирательно: они убивают некоторые группы животных, не оказывая никакого влияния на другие. Токсический эффект определяется также видовой принадлежностью растения.

Животные оказывают химическое воздействие на среду гораздо реже, и их влияние, как правило, не так заметно. Широко известным примером наиболее значительного влияния могут служить дождевые черви. Их пищеварительные ферменты придают поглощаемой ими почве способность удерживать больше воды и минеральных веществ.

Подобно растениям, некоторые животные выделяют вещества, токсичные для других видов. Водные легочные брюхоногие моллюски, например катушки, выделяют через спинную стенку тела вещество, которое, диффундируя в воду, быстро убивает мелких ветвистоусых рачков Chydorus sphaericus. Некоторые продукты обмена оказывают, наоборот, стимулирующее влияние на другие виды. Простейшее Colpidium campylum выделяет в культуральную среду во время деления вещество сложного состава, основу которого составляет РНК. Если несколько капель этой среды внести в среду с другим простейшим - Tetrahymena pyriformis, то скорость его деления увеличивается вдвое.

Сообществ) между собой и со средой обитания. Данный термин был впервые предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Как самостоятельная наука она выделилась в начале XX века наряду с физиологией, генетикой и другими. Область приложения экологии – это организмы, популяции и сообщества. Экология рассматривает их как живой компонент системы, которую называют экосистемой. В экологии понятия популяции – сообщества и экосистемы имеют четкие определения.

Популяция (с точки зрения экологии) – это группа особей одного вида, занимающая определенную территорию и, обычно, в той или иной степени изолированная от других сходных групп.

Сообщество – это любая группа организмов различных видов, обитающих на одной площади и взаимодействующих друг с другом посредством трофических (пищевых) или пространственных связей.

Экосистема – это сообщество организмов с окружающей их средой, взаимодействующих между собой и образующих экологическую единицу.

Все экосистемы Земли объединяются в или экосферу. Понятно, что совершенно невозможно охватить исследованиями всю биосферу Земли. Поэтому точкой приложения экологии является экосистема. Однако, экосистема, как видно из определений состоит из популяций, отдельных организмов и всех факторов неживой природы. Исходя из этого возможно несколько различных подходов в изучении экосистем.

Экосистемный подход .При экосистемном подходе экологом изучаются поток энергии и в экосистеме. Наибольший интерес в данном случае представляют собой взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой. Этот подход позволяет объяснить сложную структуру взаимосвязей в экосистеме и дать рекомендации по рациональному природопользованию.

Изучение сообществ . При этом подходе подробно изучается видовой состав сообществ и факторы, ограничивающие распространение конкретных видов. В данном случае исследуются четко различимые биотические единицы (луг, лес, болото и т.д.).
подход . Точкой приложения данного подхода, как явствует из названия, является популяция.
Изучение местообитаний . В данном случае изучается относительно однородный участок среды, где живет данный организм. Отдельно, как самостоятельное направление исследований он обычно не применяется, но дает необходимый материал для понимания экосистемы в целом.
Следует отметить, что все перечисленные выше подходы в идеале должны применяться в комплексе, но в настоящий момент это практически невозможно из-за значительных масштабов исследуемых объектов и ограниченности количества полевых исследователей.

Экология как наука использует разнообразные методы исследования, позволяющие получить объективную информацию о функционировании природных систем.

Методы экологических исследований:

• наблюдение
• эксперимент
• учет численности популяции
• метод моделирования

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ"

ЧЕРНОВА Н.М.

Курс «Учителю биологии об основах экологии»

Учебный план курса

№ газеты	Учебный материал
	Лекция 1 . Почему надо изучать экологию
	Лекция 2. Организм и среда
	Лекция 3. Экологические адаптации Контрольная работа № 1 (срок выполнения – до 15 ноября 2004 г.)
	Лекция 4. Средообразующая роль организмов
	Лекция 5. Биоценозы Контрольная работа № 2 (срок выполнения – до 15 декабря 2004 г.)
	Лекция 6. Популяции
	Лекция 7. Экосистемы
	Лекция 8. Биосфера
Итоговая работа. Итоговые работы, сопровождаемые справками из учебного заведения (актами о внедрении), должны быть направлены в Педагогический университет не позднее 28 февраля 2005 г.

Лекция 4. Средообразующая роль организмов

Подвергаясь влиянию различных факторов среды, живые существа, в свою очередь, воздействуют на нее. Наиболее древний и общий путь такого воздействия – химический, связанный с осуществлением обмена веществ. Организмы преобразуют среду уже тем, что живут, извлекая из своего окружения необходимые вещества и энергию и выделяя продукты метаболизма.

Наибольшим разнообразием типов обмена веществ отличаются бактерии. В зависимости от вида используемой энергии и источника углерода их разделяют на хемотрофы и фототрофы (использующие энергию химических связей или энергию света), автотрофы и гетеротрофы (использующие в качестве источника углерода CO 2 или готовые органические вещества), литотрофы и органотрофы (использующие разнообразные неорганические или органические соединения). Бактерии участвуют во всех биогеохимических процессах на планете. Для каждого природного вещества есть микроорганизмы, способные его разложить (правило Виноградского, 1896 г.). Бактерии живут как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Вещества, выделяемые ими в окружающую среду, чрезвычайно разнообразны. Фотосинтезирующие цианобактерии, как и растения, в качестве побочного продукта выделяют кислород, а метанобразующие бактерии – метан. Результатом жизнедеятельности разных бактерий могут быть водород, сероводород, аммиак, сульфаты, окислы железа и марганца, разнообразные органические и неорганические кислоты и другие соединения.

Жизнь появилась на Земле около 4 млрд лет назад и сразу же стала влиять на химический состав верхних слоев планеты. Прокариотные сообщества сформировали систему биогеохимических циклов и биосферу. Наиболее ярко влияние прокариотических организмов на окружающую среду проявилось в истории атмосферного кислорода. Имеются достаточно убедительные свидетельства, что первоначально атмосфера не содержала свободного кислорода и была либо восстановительной, либо нейтральной, а молодая земная кора и океан содержали много недоокисленных соединений. Вместе с тем самые ранние следы жизни в древних породах (не менее 3,5 млрд лет) свидетельствуют о фотосинтезе, который, по современным представлениям, осуществляли разнообразные цианобактерии в сложных сообществах с другими прокариотами. Выделяемый при этом кислород перехватывали находящиеся в тесном сожительстве с ними аэробные гетеротрофные микроорганизмы, разлагающие созданное органическое вещество. Неполнота этих мини-круговоротов приводила к ускользанию части кислорода в окружающую среду, а недоразложившиеся органические соединения попадали в донный осадок. Кислород долго не накапливался в атмосфере, поскольку первоначально весь уходил на окисление, прежде всего соединений железа в литосфере и серы в океане. Его накопление в свободном виде началось только после исчерпания веществ-восстановителей в поверхностных оболочках планеты. Геологической границей, свидетельствующей о полном окислении земных пород, считается появление красноцветных толщ, в которых железо присутствует в трехвалентном состоянии. Эти породы имеют возраст 1,8–2 млрд лет и свидетельствуют о кардинальных изменениях химии земной поверхности в результате деятельности живых организмов. Накопление кислорода в атмосфере и океане стало предпосылкой расцвета эукариотических форм и в дальнейшем – появления многоклеточных и сложно устроенных организмов. Анаэробные прокариоты оказались оттесненными в локальные местообитания с отсутствием кислорода.

Масштабное химическое влияние на окружающую среду происходило и происходит на протяжении всей эволюции жизни. В современной биосфере оно выражается в поддержании биогеохимических круговоротов отдельных элементов, в формировании локальных особенностей земной коры и местообитаний. Так, основной источник углекислого газа для фотосинтеза современной растительности – его выделение в результате дыхания всей совокупности организмов. CO 2 , поступающий из недр Земли в составе вулканических газов, составляет лишь тысячные доли процента от общего количества CO 2 , находящегося в биологическом круговороте. Основную массу углекислого газа поставляют почвы, где сосредоточена деятельность многочисленных групп бактерий, грибов, животных и корней растений. Для почв России выделение СО 2 составляет от 1 до 18 т на 1 га за вегетационный сезон, причем треть этого количества приходится на корневое дыхание растений и не менее 40% – на дыхание грибного мицелия. Углекислый газ – не только источник углерода для фотосинтеза, но и один из важнейших парниковых газов, определяющих тепловой режим приповерхностных слоев атмосферы. Все современные организмы, выделяющие СО 2 , участвуют таким образом в поддержании температурных условий жизни на планете. Другой важный парниковый газ – метан – поступает в воздушную среду в результате деятельности анаэробных метанобразующих бактерий, в основном со дна болот и озер, богатых органическими осадками. Болота Западной Сибири – важный поставщик этого газа в атмосферу Земли. Парниковые газы участвуют в регуляции климата, и любые изменения в их содержании отражаются на глобальных температурах.

Химическое воздействие микроорганизмов на среду весьма многообразно. Так, щелочность подземных вод, солончаков, окисление сульфидных руд связано с деятельностью серных бактерий. Железобактерии формируют в континентальных водоемах отложения озерной и болотной руды.

Воды океана характеризуются относительным постоянством химического состава, которое поддерживается жизнедеятельностью организмов. Например, карбонатное равновесие обеспечивается таким образом: постоянно выносимые реками в океан соединения кальция с материков постоянно же используются для образования скелетов планктонными и донными обитателями – одноклеточными простейшими фораминиферами, некоторыми водорослями, моллюсками, кораллами и т.п., которые затем формируют осадочные породы. Растворимые соединения кремния удаляются из воды в основном диатомовыми водорослями и радиоляриями. Химическое выветривание наземных пород происходит преимущественно под действием микроорганизмов, образующих органические кислоты, углекислоту и другие соединения, а также корневых выделений растений.

Кроме изменения среды продуктами обмена веществ, важнейший путь средообразующей деятельности организмов – накопление мертвых органических остатков (мортмассы). Оно происходит вследствие неполного баланса процессов продукции и деструкции. Часть органического углерода может надолго выпадать из круговорота и захораниваться в осадочных отложениях. Таким путем в прошлом возникли материнские нефте- и газоносные породы, горючие сланцы, а на суше – залежи каменного угля. Торфообразование происходит и в настоящее время. Количество органического углерода в этих и других породах эквивалентно количеству кислорода, накопленному атмосферой.

Постоянное образование мертвой органики на суше привело к возникновению новой среды жизни – почвенному покрову континентов, или педосфере . Почва представляет собой тонкий поверхностный слой литосферы, толщиной в 1–2 м. Это особое природное образование, созданное и поддерживаемое деятельностью многочисленных организмов. Основоположник научного почвоведения В.В. Докучаев предложил в 1886 г. «разуметь под почвой исключительно только те дневные или близкие к ним горизонты горных пород, …которые более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых…». Позднее он подчеркивал, что «почвы есть функция (результат) от материнской породы (грунта), климата и организмов, помноженная на время». По классификации В.И. Вернадского, почва относится к биокосным природным системам, где живое и неживое (косное) вещества взаимодействуют так тесно, что в качестве целого приобретают особые свойства, которыми по отдельности не обладают.

Почва служит средой обитания огромному числу организмов. Она представляет собой трехфазную систему, где твердая часть перемежается с полостями и порами, в которых содержатся вода и воздух. Порозность почв составляет от 20 до 70%. В силу физических и химических условий в почве создается большое разнообразие местообитаний и для воздуходышащих, и для водных организмов. Главная особенность почвы – постоянное поступление энергетических ресурсов в виде отмерших органических остатков, основными поставщиками которых являются наземные растения.

Почва играет важнейшую роль в биосфере. Через нее проходят потоки биогеохимических круговоротов всех элементов на планете. Она оказывает существенное влияние на атмосферу и гидросферу. Почвы, с одной стороны, ускоряют химическое и физическое выветривание горных пород, а с другой – повышают устойчивость литосферы к разрушению ветрами и водными потоками. Происходящие в почве процессы влияют на состав атмосферы и водную миграцию веществ. Одним из важнейших свойств почвы является ее плодородие – способность поддерживать жизнь разных организмов, обеспечивая продуктивность растений. Обязательная составляющая почвообразования – сложная трансформация органического вещества, его переработка огромной армией живых существ. Почвообразование – биогенный процесс. Возникновение, развитие и поддержание почв невозможно без участия живых организмов. Они осуществляют постепенную минерализацию мертвого органического вещества и возврат биогенных элементов в форму, вновь доступную для усвоения растениями. Другой важный процесс, сопровождающий минерализацию, – гумификация . Часть разлагающихся материалов превращается при участии почвенных организмов в сложный комплекс соединений – гумусовые вещества, способствующие долгому и надежному поддержанию почвенного плодородия. Наиболее плодородные почвы (черноземы) содержат до 10% гумуса. В подзолистых почвах его около 2%.

В почвообразовании участвуют все группы живых организмов. Они, во-первых, являются поставщиками энергетических ресурсов почвы – мертвого органического вещества, во-вторых, изменяют химический состав по сравнению с материнской породой и, в-третьих, служат важным фактором перемешивания и перемещения веществ.

Растения берут из почвы химические элементы и воду. Их корни насыщают и пронизывают всю толщу почвенного слоя, так что некоторые почвоведы определяют почву как корнеобитаемый слой литосферы. Масса корней достигает 8–12 т/га в степи и широколиственных лесах и 20 т/га в тропических лесах. До 30% корней ежегодно отмирает. На поверхность почвы каждый год поступает, в зависимости от типа растительности, от 1 до 30 т/га опада. Трансформация его осуществляется бактериями, грибами и животными.

Сосущая сила корней создает постоянный ток воды из почвы, с последующим ее испарением растениями. В аридных районах масштабы транспирации сравнимы с количеством выпадающих осадков. Растущие корни рыхлят почвенные слои, после них остаются поровые пространства, заполняемые водой и газами.

Почва – самый богатый природный субстрат по разнообразию и численности микроорганизмов. Высокая концентрация микробной жизни определяет роль почвы как глобальной геохимической мембраны, через которую происходит обмен веществ в биосфере. По современным данным, количество бактерий в 1 г почвы составляет от одного до нескольких десятков миллиардов клеток, а суммарная длина грибного мицелия в 1 г почвы может достигать сотен и тысяч метров. Дрожжей и водорослей в 1 г почвы – около 10 тыс. клеток. В ней присутствуют микроорганизмы как разлагающие органические вещества (целлюлозу, лигнин, пектины, белки и т.п.), так и осуществляющие фиксацию азота, трансформацию минеральных соединений. Почвенные микроорганизмы участвуют в превращениях не менее 65 элементов таблицы Менделеева, в том числе и тех, которые не используются в живых клетках (Hg, Cd, Cr и др.). Каждый комочек почвы предоставляет множество микросред для развития как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов, способных осуществлять часто прямо противоположные химические функции. Продукты их жизнедеятельности способствуют также созданию почвенной структуры, склеивая минеральные частицы между собой в водопрочные агрегаты. Особая роль в оструктуривании почвы принадлежит грибам, которые не только склеивают частицы своими выделениями, но и механически оплетают гифами почвенные агрегаты, скрепляя их. Микроорганизмы участвуют в корневом питании растений, не только высвобождая биогенные элементы из сложных соединений, но и фиксируя атмосферный азот, который растения не могут усваивать сами, а также снабжая их физиологически активными веществами – витаминами, ауксинами, гиббереллинами и др.).

Большую роль в жизни почвы играет также и животный мир. Почвы населены огромным количеством животных, в основном беспозвоночных, сильно различающихся по размерам (от нескольких микрон до десятков сантиметров). Чем мельче почвообитающие животные, тем выше их численность. Например, количество амёб может достигать 40 тыс. и более на 1 г сырой почвы. Микроскопические круглые черви нематоды исчисляются миллионами (1–15 млн), питающиеся разлагающимся опадом мелкие клещи и коллемболы – десятками и сотнями тысяч, насекомые и их личинки – сотнями и тысячами, дождевые черви – десятками и сотнями на 1 м 2 . Роющие млекопитающие (мышевидные грызуны, землеройки, кроты и др.) учитываются уже не на квадратные метры, а на гектары площади.

Почва обеспечивает возможность существования многим животным, не имеющим защиты от испарения воды через покровы, – по ряду параметров (температурный, газовый, водный режим и т.п.) она формирует условия, промежуточные между наземной и водной средой. Разнообразие почвенных животных очень велико: число их видов составляет не менее трети от общего числа видов, известных на Земле. Из почв описано не менее 500 видов простейших, 11 тыс. видов нематод, 180 тыс. насекомых, 30 тыс. моллюсков, примерно 20 тыс. клещей и 10 тыс. коллембол, свыше 200 видов дождевых червей и множество разнообразных представителей других групп. Среди них есть как потребители живых и мертвых частей растений (фитофаги, сапрофаги и детритофаги), так и хищники. Основная деятельность животных в почве – разрушение и измельчение растительного опада, ускоряющие его минерализацию и гумификацию. Пропуская опад через кишечник и выделяя экскременты, животные многократно увеличивают поверхность растительных остатков, усиливая тем самым деятельность микроорганизмов, которые могут быть активными только в поверхностном слое частиц. Кишечные ферменты беспозвоночных влияют на химический состав опада, а избирательное поедание ими грибных гифов и бактериальных скоплений регулирует направление деятельности микрофлоры. Часть микроорганизмов постоянно обитает только в кишечниках беспозвоночных и влияет на минерализацию и гумификацию субстратов через пищевой режим их хозяев. Таким образом, животный и микробный мир действуют как единая система, обеспечивая круговорот веществ.

Животным, в силу их подвижности, принадлежит также важная роль в перемещении и перемешивании вещества почв. Они мигрируют по поровым пространствам, а более крупные проделывают в почве вертикальные и горизонтальные ходы, увеличивая ее порозность. При этом животные заносят органические остатки в более глубокие слои и выбрасывают на поверхность массу почвы из ее глубины. Суммарный выброс почвы дождевыми червями, муравьями, мокрицами в аридных районах сравним по объему с таковым от деятельности сусликов, сурков и других крупных норных обитателей. Пустынные мокрицы выносят на поверхность за год 5–6 кг/м 2 грунта с метровой глубины. Еще более активны муравьи и термиты. Дождевые черви в полосе умеренного климата ежедневно пропускают через кишечник объем почвы, вдвое превышающий их собственный. Экскременты почвенных животных представляют водопрочные агрегаты, где перемешаны органические и минеральные вещества. Они составляют значительную часть гумусового горизонта.

Если на суше деятельность организмов привела к созданию почвы, как особой среды жизни, то состав морских и пресных вод, их качество также зависят от их обитателей. Океан – тоже биокосная система, где живые и неживые компоненты практически неотделимы друг от друга. Многочисленные и разнообразные организмы, населяющие толщу и дно водоемов, выделяют в воду продукты жизнедеятельности, в том числе растворенные органические вещества (РОВ). Их концентрация составляет 30–150 мкг углерода на 1 л воды, и они служат источником энергии для планктонных бактерий. Продукты разложения отмерших клеток и тканей водных обитателей присутствуют в воде в форме оседающего взвешенного органического вещества (ВОВ). По массе ВОВ превышает живое вещество в десятки раз и, так же как и клетки бактерий, водорослей, простейших и другие мельчайшие и мелкие организмы, постоянно потребляется видами-фильтраторами.

Фильтрация как способ добывания пищи широко распространена в водной среде. Бактерии водной толщи в основном отфильтровываются инфузориями и другими простейшими и личинками многоклеточных, а они сами, вместе с фитопланктоном, служат пищей зоопланктону, который, в свою очередь, потребляется более крупными фильтраторами. Не менее 40 тыс. видов обитателей дна и водной толщи добывают пищу, отцеживая съедобные и осаждая на дно несъедобные частицы. Среди них пластинчатожаберные (двустворчатые) моллюски, сидячие иглокожие и многощетинковые черви, мшанки, асцидии, планктонные рачки, некоторые рыбы и др. Животные-фильтраторы выполняют важнейшую роль в биологической очистке водоемов. Скопления моллюсков-мидий на площади в 1 м 2 способны очищать 150–280 м 3 воды за сутки, мелкие рачки дафнии в прудах – около 1,5 л воды на особь. В крупных волжских водохранилищах вся вода за вегетационный сезон проходит через фильтровальные аппараты одних только моллюсков-дрейссен до 18 раз. Обитатели всего Мирового океана, по подсчетам, пропускают через себя воду, равную его общему объему, всего за несколько суток. Прибрежная зона океана, особенно богатая скоплениями видов-фильтраторов, работает как гигантская эффективная очистительная система. Таким образом, химический состав, чистота и прозрачность природных вод – результат деятельности живых организмов.

Мощными средообразователями в океане являются виды-рифостроители. Такую роль в современных морях играют в основном коралловые полипы, создающие своими скелетами подводные местообитания, с которыми связана жизнь огромного числа видов рыб, ракообразных, моллюсков, полихет, иглокожих и других групп животных, а также водорослей. При этои часть одноклеточных густо заселяет тела самих полипов.

Основные средообразователи на суше – растения. Растительность влияет на климат, ослабляя силу ветра и участвуя в круговороте воды. Растительный покров создает облик ландшафтов, формируя условия жизни для животных. С тундровой, лесной, степной, луговой, пустынной, болотной растительностью связаны определенные виды птиц, млекопитающих, насекомых и других групп организмов, приспособившихся к особенностям конкретных местообитаний. Растения создают микроклимат, позволяющий другим видам избегать неблагоприятных условий.

Бактерии и одноклеточные водоросли воздействуют на окружающую среду посредством своего обмена веществ и быстрого размножения. Многоклеточные грибы и особенно растения кроме этого своими телами занимают и структурируют пространство. Многие виды животных активно преобразуют окружающую среду, создавая себе условия для переживания неблагоприятных периодов, для защиты и размножения. Этому служит, прежде всего, их строительная деятельность. Подземные галереи норных жителей (сурков, пищух, кротов, медведок и др.) – среда, созданная ими и отличающаяся особым микроклиматом. Гнезда птиц защищают от непогоды не хуже, чем постройки человека: в похожем на валенок гнезде синицы-ремеза птенцам тепло и сухо и в дождливую, и в ветреную погоду. Грандиозные постройки термитов часто определяют облик ландшафтов. Не способные переносить высыхание и прямые солнечные лучи термиты процветают в созданной ими искусственной среде с постоянными температурой и влажностью. Сложное гнездостроение свойственно практически всем социальным насекомым: муравьям, пчелам, шмелям и др. Широко известны своей средопреобразовательной деятельностью бобры, меняющие с помощью постройки плотин гидрорежим местности. Таким образом, у животных проявляется новый путь адаптации: не только приспособление к среде обитания, но и преобразование ее в нужном для себя направлении.

В особенности этот путь отличает современного человека, причем принципиальное изменение его произошло в очень короткие эволюционные сроки – около 12 тыс. лет назад. Влияние доисторического человека на среду обитания принципиально не отличалось от влияния других крупных животных. Люди вели образ жизни собирателей и охотников, строили жилища, прокладывали тропы. Правда, достаточно давно был освоен огонь, но он использовался только для обогрева и приготовления пищи. Все изменилось с переходом от присваивающего хозяйства к производящему, с появлением земледелия и животноводства. Потребовалось использование земли под пашни, для выпаса скота. С ростом строительного производства формы влияния на окружающую среду быстро росли и расширялись. Позднее к этому добавилось развитие горной промышленности, энергетики, транспортных средств и новейших информационных технологий.

Современный человек живет в преобразованной им среде и видит вокруг себя дома, асфальт, поля, сады, парки, дороги, транспорт и т.п. Человечество получает все необходимое от природы через созданную им культуру, т.е., в широком смысле слова, – через всю совокупность созданных материальных и духовных богатств. Общество людей, в отличие от других видов, не приспосабливается к дикой природе, а наоборот, приспосабливает ее к своим нуждам и целям. В настоящее время практически вся природа Земли находится под влиянием человека. Этот виток развития, с одной стороны, дает человечеству огромные возможности, но с другой – ставит перед ним множество проблем и локального, и глобального характера, вплоть до проблемы выживания на собственной планете.

Технологическое влияние постепенно разрушает ту систему жизнеобеспечения, которую создала эволюция. Деградирует почвенный покров планеты, нарушаются почвообразование и механизмы самоочищения водоемов, изменяется баланс газов в атмосфере, идет ускоренное вымирание видов, меняется состав сообществ. Учащаются природные катастрофы глобального масштаба. Человечество начинает влиять и на климат Земли. Все это – результат стихийного развития цивилизации и роста народонаселения.

С другой стороны, развитие науки и, в частности, экологии, позволяет осознать и оценить реальные опасности и те механизмы и способы, которыми можно их предотвратить. Сейчас стало понятно, что время «покорения природы» прошло и главной стратегией человечества должно стать следование фундаментальным природным законам и встраивание своей деятельности в общую систему жизнеобеспечения в биосфере. Кроме достижений современной науки, разные народы и племена владеют большим арсеналом эмпирических, полученных опытным путем, методов неистощительного использования возобновимых ресурсов (земель, лесов, вод, промысловых объектов) и охраны среды, которые практически не применяются в настоящее время. Все это, вместе взятое, должно быть соединено в единую систему рационального природопользования и составлять приоритетное направление политики государств.

Антропогенные изменения среды наиболее ярко выражены в городах и промышленных агломератах. Крупные города характеризуются огромным количеством населения, высокой плотностью застройки, концентрацией промышленных и перерабатывающих предприятий, интенсивным движением транспорта. Как центры крупноочагового природопользования города влияют на обширные пространства за их пределами. Через них идут потоки ресурсов и в переработанном виде вывозятся в другие районы. Города потребляют огромное количество энергии. Почвы города обычно «запечатываются» асфальтом и другими покрытиями. Городская жизнь считается более комфортной, чем сельская, но она имеет множество негативных сторон, влияющих на здоровье и психологическое состояние людей. К основным проблемам городской среды относятся загрязнения: химические, шумовые, радио- и электромагнитные излучения и др. Повышен риск травматизма от транспорта. Отдельную проблему составляет поддержание санитарного состояния городской среды, работа систем водоснабжения и канализации и обезвреживание твердых бытовых отходов (ТБО). Их количество стремительно растет с ростом благосостояния населения. В Европе в среднем количество ТБО составляет 440 кг ТБО на душу населения в год, в США – 720, в России – около 250 кг, а во всем мире ежегодно – не менее 30 млн т. Только в Москве каждый год поступает на свалки около 5 тыс. т ТБО. Полигоны, на которых складируются отходы, занимают все более значительные площади вокруг городов, отравляя окружающую среду. В настоящее время грамотное управление городской средой обязательно включает целый ряд экологических способов ее оздоровления, а в прикладной науке возникла целая область – урбоэкология, или экология города. Идет поиск методов предупреждения или смягчения отрицательного влияния урбанизации на население и природу регионов.

Добыча полезных ископаемых превращает обширные территории в пустыни, особенно если разработка ведется открытым способом. Возникают подобия лунных ландшафтов, причем наверх часто выносятся токсичные породы, на которых не приживаются растения. Рекультивация таких земель – одна из важнейших задач современности. Возвращать жизнь на нарушенные территории можно только на основе глубокого знания экологических закономерностей и конкретных особенностей местообитаний. Восстановительные работы, сначала казавшиеся успешными, часто заканчиваются полной неудачей. Рекультивация полностью нарушенных территорий – дорогое, длительное и наукоемкое мероприятие. Тем не менее в ряде стран – Германии, Англии, Австралии и др., есть примеры успешного восстановления полноценной природной среды. Набирает силу и теория рекультивации.

Способы оптимизации территории разрабатывает ландшафтная экология . Человек сильно изменил внешний облик поверхности планеты во всех ландшафтных зонах. Это касается рельефа, растительности, водоемов. С европейской территории, например, полностью исчез ландшафт степи. Вырубаются леса, распахиваются земли. На территориях промышленного сельского хозяйства основная тенденция – создание обширных и однообразных полевых площадей. Между тем давно известно, что наиболее устойчивы и продуктивны ландшафты с внутренним разнообразием. Еще В.В. Докучаев разрабатывал практику возведения полезащитных лесных полос в степных районах, создающих особый микроклимат и в конечном итоге повышающих урожайность прилегающих полей. В настоящее время ландшафтная экология становится значимой областью прикладных исследований. Ее развитие связывается не только с экономическими задачами, но и с оздоровительными, поскольку доказано благотворное влияние разнообразия ландшафта на психику человека.

В современной науке и практике есть и положительный опыт борьбы с загрязнением вод. Основные источники загрязнения пресных водоемов – сельское хозяйство, промышленность и бытовые стоки. С полей в водоемы попадают остатки минеральных и органических удобрений и пестициды, используемые для борьбы с вредителями или сорняками. Борьба с последним типом загрязнений трудна, так как требует повышения общей культуры земледелия и обязательного соблюдения законов оптимума с точными расчетами. Промышленные же и бытовые стоки могут быть собраны и отправлены на очистку. Технологии очистки вод разработаны, достаточно эффективны и просты. Наряду с физическими и химическими методами в них используются биотехнологии с применением разлагающих органику микроорганизмов и мелких животных-фильтраторов. Разработаны биотехнологии борьбы с нефтяными пленками на поверхности вод, технологии с применением замкнутых циклов водоснабжения в промышленности и др. Главное же внимание должно быть направлено на предотвращение загрязнения водоемов и на то, чтобы не подрывать, а наоборот, всячески стимулировать активность организмов-фильтраторов, т.е. поддерживать естественный механизм самоочищения вод. В мировой практике есть примеры масштабных успехов очищения водоемов. Так, крупнейшая река Западной Европы – Рейн была превращена промышленными стоками восьми государств, по территории которых она протекает, в зловонный канал, в котором было запрещено купаться. Международными усилиями в 1960–1970 гг. начал осуществляться разработанный комплекс мер по строгому контролю за очисткой сбрасываемых вод, ужесточены санкции за нарушения. Примерно за два десятилетия река восстановилась настолько, что в нее вернулась рыба, а в 1995 г. – даже лососи, особо требовательные к чистоте воды. В США и Канаде в конце 1980-х гг. удалось восстановить рыбный промысел в Великих Озерах, сильно загрязненных нефтью, ртутью, фенольными соединениями. В России разработаны федеральные программы борьбы с загрязнением Байкала и Волги, которые пока еще реализуются не очень эффективно.

В мире наблюдается неуклонное снижение почвенного плодородия, деградация пахотных и других сельскохозяйственных земель. В целом за счет водной и ветровой эрозии потеряно около 1/3 плодородного слоя. Почвы – трудно восстановимый природный ресурс. На формирование 10 мм почвенного слоя в разных климатических условиях требуется от 10 до 400 и более лет. Вместе с тем накоплен огромный опыт рационального использования почв, их окультуривания и повышения продуктивности. Современное почвоведение накопило глубокие знания о закономерностях почвообразовательных процессов и возможностях неистощительного использования почвенных ресурсов. Основные пути – это экологизация сельскохозяйственного производства, уменьшение влияния тяжелой техники, поддержание баланса биогенных веществ, улучшение структуры почвы, грамотная мелиорация, а главное – поддержание биологических процессов и активизация деятельности почвенных организмов. Стерильные почвы полностью теряют плодородие. Имеются примеры масштабного восстановления нарушенных эрозией почв. В США в штате Канзас было восстановлено плодородие почв, верхние слои которых были практически уничтожены пыльными бурями 1930-х гг. На это потребовалось несколько десятков лет. Восстановление почв – длительный, дорогостоящий и наукоемкий процесс.

Антропогенное изменение среды – неизбежный процесс в эволюции человечества и биосферы. Но он приведет к необратимым для человека последствиям в том случае, если общество не сумеет воспользоваться уже имеющимися и накапливаемыми знаниями и претворять их в практику. Современная наука имеет все возможности для сохранения средообразующих функций природы. Однако из-за трудоемкости, затратности и часто отдаленности результатов природоохранных действий, не сопровождающихся сиюминутной отдачей и прибылью, поддержание среды жизни человека на планете сильно осложняется социальными отношениями в обществе и с трудом проникает в политику государств.

Литература

1. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. Учебник для педагогических вузов. – М.: Дрофа, 2004.

2. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Основы экологии 10 (11) класс. – М.: Дрофа, 2003, 2005.

3. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. – М.: Наука, 2004.

4. Добровольский Г.В. (отв. ред.). Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. – М.: Наука, 2003.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1. В чем проявляется средообразующая роль бактерий в биосфере?
2. Как участвуют в образовании среды жизни растения суши и океана?
3. Какие группы организмов участвуют в образовании почв и в чем заключается их роль?
4. Какими способами меняют среду вокруг себя животные?
5. Каковы масштабы и формы антропогенного изменения среды?
6. В чем опасность влияния человека на среду жизни других организмов в биосфере?