Под средой обитания понимают пространство, используемое живыми организмами для существования. Таким образом, тема имеет прямое отношение к вопросу о жизнедеятельности любого существа. Существует четыре типа сред обитания, кроме того, присутствуют разнообразные факторы, преобразующие внешнее влияние, поэтому их также необходимо рассматривать.

Определение

Итак, что же такое среда обитания животных? Определение появилось еще в девятнадцатом веке - в работах русского физиолога Сеченова. Каждый живой организм постоянно взаимодействует с окружающими явлениями, которые было решено называть средой. Ее роль имеет двойственную природу. С одной стороны, все жизненные процессы организмов связаны с ней напрямую - так животные получают пищу, на них влияют климат, С другой, их существование оказывает не меньшее влияние на среду, во многом определяя ее. Растения поддерживают баланс кислорода и затеняют почву, животные делают ее более рыхлой. Практически любое изменение вызывают живые организмы. Среда обитания нуждается в комплексном изучении каждым, кто хочет иметь представление о биологии. Важно также знать, что некоторые существа могут жить в разных условиях. Земноводные рождаются в водной среде, а зимуют и питаются нередко на суше. Жуки, живущие в воздухе, часто нуждаются в почве или воде для размножения.

Вода

Водная среда - это совокупность всех океанов, морей, ледников и континентальных вод нашей планеты, так называемая гидросфера, кроме того, иногда в нее включают также снега Антарктики, атмосферные жидкости и те, что содержатся в организмах. Она занимает более семидесяти процентов поверхности с основной массой в океанах и морях. Вода является неотъемлемой частью биосферы, причем не только водоемов, но и воздуха, и почвы. Любому организму она необходима для выживания. Более того, именно вода отличает Землю от соседних планет. Кроме того, она сыграла ключевую роль в развитии жизни. Она аккумулирует органические и неорганические вещества, переносит тепло, формирует климат и содержится как в животных, так и растительных клетках. Именно поэтому водная среда - одна из наиболее важных.

Воздух

Смесь газов, образующая атмосферу Земли, играет важнейшую роль для всех живых организмов. Воздушная среда обитания направляла эволюцию, так как кислород формирует высокий метаболизм, что определяет структуру органов дыхания и системы водно-солевого обмена. Плотность, состав, влажность - все это имеет серьезное значение для планеты. Кислород образовался два миллиарда лет назад в процессе вулканической деятельности, после чего его доля в воздухе стабильно увеличивалась. Современная среда обитания человека отличается 21%-м содержанием этого элемента. Важной ее частью также является озоновый слой, который не позволяет ультрафиолетовой радиации добраться до поверхности Земли. Без нее жизнь на планете могла бы быть уничтожена. Сейчас безопасная среда обитания человека находится под угрозой - озоновый слой разрушается из-за негативных экологических процессов. Это приводит к необходимости сознательного поведения и постоянного выбора лучших не только для людей, но и для Земли решений.

Почва

В земле обитают многие живые организмы. Среда обитания также используется растениями, которые служат пищей для большинства живых существ планеты. Невозможно однозначно определить, является ли почва неживым образованием, поэтому ее называют биокосным телом. Согласно определению, это вещество, которое переработано в процессе жизнедеятельности организмов. Почвенная среда обитания состоит из твердой массы, включающей песок, глину, илистые частицы; жидкой составляющей; газообразной - это воздух; живой - это существа, ее населяющие, всевозможные микроорганизмы, беспозвоночные, бактерии, грибы, насекомые. На каждом гектаре земли проживает пять тонн таких форм. Почвенная среда обитания является промежуточной между водной и наземно-воздушной, поэтому и обитающие в ней организмы часто отличаются комбинированным типом дыхания. Встретить таких существ можно даже на внушительной глубине.

Взаимодействие организмов и среды

Каждое существо отличается от присутствием обмена веществ и клеточной организации. Взаимодействие со средой происходит постоянно и должно изучаться комплексно в силу сложности процессов. Каждый организм напрямую зависит от происходящего вокруг. Наземно-воздушная среда обитания человека влияет на него осадками, почвенными условиями и диапазоном температур. Некоторые из процессов полезны для организма, некоторые безразличны, а другие приносят вред. У каждого есть отдельное определение. Например, гомеостаз - постоянство внутренней системы, которым отличаются живые организмы. Среда обитания может меняться, что требует адаптации - движений, роста, развития. Метаболизм - обмен веществ, сопровождающийся химическими реакциями, например дыханием. Хемосинтезом называют процесс создания органики из соединений серы или азота. Наконец, стоит запомнить определение онтогенеза. Это совокупность преобразований организма, на которые влияют все факторы среды обитания за весь период его существования.

Экологические факторы

Для лучшего понимания биологических процессов необходимо также изучить это определение. являются комплексом окружающих условий, которые воздействуют на живой организм. Они подразделяются согласно сложной классификации на несколько видов. Приспособление к ним организма называют адаптацией, а его внешний облик, отражающий факторы среды обитания, носит наименование жизненной формы.

Биогенные вещества

Это один из видов экологических факторов, влияющих на живые организмы. Среда обитания содержит соли и элементы, поступающие с водой и пищей. Биогенными из них являются те, которые в больших количествах необходимы для организма. Например, это фосфор, важный для образования протоплазмы, и азот, основа для белковых молекул. Источником первого являются отмершие организмы и горные породы, а второго - атмосферный воздух. Недостаток фосфора влияет на существование почти так же остро, как отсутствие воды. Немного уступают по значению такие элементы, как кальций, калий, магний и сера. Первый необходим для раковин и костей. Калий обеспечивает работу нервной системы и рост растений. Магний входит в молекулы хлорофилла и рибосом, а сера - в состав аминокислот и витаминов.

Абиотические факторы среды

Есть и другие процессы, воздействующие на живые организмы. Среда обитания включает такие факторы, как свет, климат и подобные, являющиеся по определению абиотическими. Без них невозможны процессы дыхания и фотосинтеза, обмен веществ, сезонные перелеты, размножение многих животных. В первую очередь, важен свет. Учитываются его длина, интенсивность и продолжительность воздействия. По отношению к нему выделяется целая классификация, которую изучает биология. Среда обитания, наполненная светом, нужна гелиофитам - луговым и степным злакам, сорнякам, растениям тундры. Сциофитам необходимы тень, они предпочитают жить под пологом леса - это лесные травы. Факультативные гелиофиты могут адаптироваться к любым условиям: к такому классу относятся деревья, земляника, герань. Не менее важным фактором является температура. У каждого организма есть определенный диапазон, комфортный для жизнедеятельности. Вода, присутствие химикатов в почве и даже пожары - все это тоже касается абиотической сферы.

Биотические факторы

Антропогенный фактор

Водная, воздушная или наземная среда обитания всегда связаны с деятельностью человека. Люди интенсивно изменяют окружающий их мир, сильно влияя на его процессы. К антропогенным факторам можно отнести каждое воздействие на организмы, ландшафт или биосферу. Оно может быть прямым, если направлено на живых существ: например неправильные охота и рыболовство подрывают численность некоторых видов. Другим вариантом является косвенное воздействие, когда человек меняет ландшафт, климат, состояние воздуха и воды, строение почвы. Сознательно или бессознательно, но человек уничтожает многие виды животных или растений, при этом культивируя другие. Так появляется новая среда. Существуют также случайные виды воздействия, например внезапный завоз чуждых организмов с грузом, неправильное осушение болот, создание плотин, распространение вредителей. Впрочем, некоторые существа вымирают и без всякого участия человека, поэтому обвинять людей во всех экологических проблемах просто несправедливо.

Лимитирующие факторы

Всевозможное влияние, оказываемое на организмы со всех сторон, проявляется в разной степени. Иногда ключевыми оказываются вещества, которые требуются в минимальном количестве. Соответственно этому был разработан Он предполагает, что самым слабым звеном в цепи потребностей организма считается его выносливость в целом. Таким образом, если в почве есть все элементы, кроме одного, необходимого для роста - урожай будет плохим. Если добавить лишь недостающий, оставив все прочие в прежнем количестве - он станет лучше. Если же добавлять все остальные, не исправляя нехватку, никаких изменений не произойдет. Недостающий элемент в такой ситуации и будет лимитирующим фактором. Впрочем, стоит учитывать и максимум воздействия. Его описывает закон толерантности Шелфорда, предполагающий, что есть лишь определенный диапазон, в котором фактор может оставаться благотворным для организма, в избытке же он становится вредоносным. Идеальные условия называются зоной оптимума, а отклонения от нормы - угнетения. Максимумы и минимумы воздействий носят наименование критических точек, за которыми существование организма попросту невозможно. Степени толерантности к тем или иным условиям различны для каждого живого существа и позволяют относить их к более или менее выносливым разновидностям.

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

Перемещаются в пространстве, проявляют разные формы активности. В результате этого изменяются и газовый состав воздуха, и микроклимат, и почва, и чистота вод, и другие особенности местообитаний. И хотя воздействие каждого отдельного организма на окружающую среду может быть мало, масштабы суммарной активности живых существ огромны. Влияние организмов на среду обитания называют их средообразующей деятельностью.

Влияние растений на климат и водный режим. Фотосинтез - главный источник кислорода в земной атмосфере. Растения создают условия для дыхания миллиардам живых существ, включая людей. Потребности в кислороде лишь одного человека за 70-80 лет жизни составляют несколько десятков тонн. Если представить, что фотосинтез на планете прекратится, весь кислород атмосферы израсходуется всего за 2000 лет. Содержание в воздухе азота, углекислого газа и ряда других соединений также зависит от жизнедеятельности различных организмов.

Поглощение и испарение воды наземными растениями влияет на водный режим их местообитаний и на климат в целом. За час выделяется до 2,5 г воды с каждого квадратного дециметра листвы. Это составляет ежечасно многие тонны воды с гектара. Одно только дерево березы испаряет в день до 100 л воды.

Увлажняя воздух, задерживая движение ветра, растительность создает особый микроклимат , смягчающий условия существования многих видов. В лесу колебания температуры в течение года и суток меньше, чем на открытых пространствах. Леса сильно изменяют также условия влажности: снижают уровень грунтовых вод, задерживают осадки, способствуют осаждению росы и тумана, предотвращают эрозию почвы. В них возникает особый световой режим, позволяющий тенелюбивым видам расти под пологом более светолюбивых.

Почвообразующая деятельность живых организмов. Совместная деятельность множества организмов создает почву. Сбрасывая ежегодно листву, растительность образует на поверхности земли слой мертвого органического вещества. Этот слой растительного опада служит источником пищи и средой обитания для огромного количества мелких организмов - бактерий, грибов, животных, которые разрушают и перерабатывают его до неорганических молекул. Освободившиеся минеральные вещества вновь идут на питание растений. Некоторая часть органических веществ превращается в почвенный гумус. Это сложные соединения, которые улучшают структуру почвы, ее влаго- и воздухопроницаемость. Тем самым улучшаются условия для развития корней растений. Таким образом, процесс образования почвы в первую очередь зависит от пищевой активности множества живых существ, использующих энергию мертвого органического вещества.

Рис. 25. Средообразующая деятельность бобров

Каждый комочек почвы содержит миллионы клеток различных микроорганизмов. Кроме них, на каждый квадратный метр почвы приходятся сотни тысяч мелких животных, различимых только в микроскоп, и тысячи - видимых простым глазом. Особенно важна для жизни почвы деятельность дождевых червей. Их нормальная численность в лесах и на лугах составляет от нескольких десятков до нескольких сотен особей на квадратный метр. Дождевые черви разрыхляют и перемешивают слои почвы, улучшают условия для прорастания корней растений, затягивают вглубь растительные остатки. Выделения из их кишечников представляют прочные органо-минеральные комочки. Большое их количество в почве резко улучшает ее структуру и повышает плодородие. При высокой численности дождевые черви за год могут образовывать до 120 т таких комочков на 1 га. Таким образом, почва - это среда обитания, созданная деятельностью самих живых организмов.

Деятельность животных может иногда определять особенности ландшафта. Настоящие плотины устраивают бобры (рис. 25). Крупные животные-норники, такие, как суслики или сурки, обеспечивают мозаичность растительного и почвенного покрова, так как за счет выбросов почвы формируется микрорельеф, перераспределяющий осадки и видовой состав растений (рис. 26).

Рис. 27. Ветвистоусые рачки - фильтраторы пресных водоемов

Личинки мошек в ручьях отфильтровывают пищу пучками щетинок на голове, а личинки комаров - щетками на верхней губе. Активно процеживают воду через жаберный аппарат некоторые рыбы, как например толстолобик и китовая акула.

Фильтрационное питание наблюдается у 40 тысяч видов водных животных. В результате этой деятельности происходит биологическое самоочищение водоемов, и от него зависит качество воды. Одна перловица длиной 5-6 см при температуре 20 °С очищает до 16 л воды в сутки. В прудах и озерах, где много мелких рачков, весь объем воды пропускается через их фильтровальный аппарат всего за один день (рис. 27). Один квадратный метр морского мелководья, густо заселенный моллюсками мидиями, за сутки может очистить до 280 м 3 воды. Таким образом, чистота и прозрачность природных вод - результат деятельности живых организмов.

Способность организмов изменять среду обитания широко используется в хозяйственной практике. Для улучшения микроклимата, условий увлажнения и защиты полей от иссушающих ветров в степных районах сажают лесополосы, для очистки воздуха в городах и курортных зонах создают парки и сады. На водоочистительных станциях строят специальные емкости, где поддерживается высокая активность мелких фильтраторов. Используя почвообразующую деятельность животных и микроорганизмов, предприятия по переработке органических отходов производят удобрения для внесения в истощенные почвы.

Условия жизни людей на Земле зависят от средообразующей роли миллиардов живых организмов. И состав воздуха, и качество вод, и почвенное плодородие, и микроклимат складываются из их суммарной деятельности.

Примеры и дополнительная информация

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 рекомендуют высаживать особо газоустойчивые деревья и кустарники: различные тополя, тую западную, клен американский, черемуху, бузину красную и др.

4. Подсчитано, что в Волгоградском водохранилище мелкие двустворчатые моллюски дрейссены с апреля по ноябрь отфильтровывают 840 млрд м 3 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 сельскохозяйственных культур?
7. Возможности самоочищения водоемов сильно снижаются при сбросе в них теплых промышленных вод. Почему? Почему это явление называют тепловым загрязнением водоемов?

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. Гнус (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?

Чернова Н. М., Основы экологии: Учеб. дня 10 (11) кл. общеобразоват. учеб. заведений/ Н. М. Чернова, В. М. Галушин, В. М. Константинов; Под ред. Н. М. Черновой. - 6-е изд., стереотип. - М.: Дрофа, 2002. - 304 с.

Книги, учебники экологии скачать , конспект на помощь учителю и ученикам, учиться онлайн

Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные уроки

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?