Основы экологии и энергосбережения

В.С. Хадыева

 

Основы экологии и энергосбережения

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

 

для студентов филологического факультета, факультета иностранных языков, факультета физического воспитания

Брест

БрГУ имени А.С. Пушкина

УДК 504.75 + 620

ББК 20.1я73

Х 14

 

 

Рекомендовано редакционно-издательским советом учреждения образования

«Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина»

Рецензенты:

кандидат географических наук, доцент,

заведующий кафедры социально-экономической географии и туризма

УО «Брестский государственный университет имени А.С. Пушкина»

С.В. Артеменко

кандидат технических наук,

доцент кафедры сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций

УО «Брестский государственный технический университет»

А.А. Волчек

Х 14 Хадыева, В.С.

Основы экологии и энергосбережения: учебно-методический комплекс / В.С. Хадыева, Брест. гос. ун-т им. А. С. Пушкина. – Брест: БрГУ, 2012.– 99 с.

 

Учебно-методический комплекс составлен по курсу «Основы экологии и энергосбережения» и включает в себя содержание учебного материала, теоретический курс лекций, планы семинарских занятий, список тем для самостоятельной подготовки, вопросы к зачету, приложения. Семинарские занятия сопровождаются темой, вопросами для обсуждения и литературой. Предлагаемые занятия построены по наиболее обсуждаемым в настоящее время экологическим проблемам и проблемам энергосбережения.

Учебно-методический комплекс предназначен для студентов филологического факультета, факультета иностранных языков, факультета физического воспитания.

 

 

УДК 504.75 + 620

ББК 20.1я73

Ó УО «Брестский госуниверситет

имени А.С. Пушкина», 2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение. ................................................................................................ 4

1. Содержание учебного материала. .................................................. 5

2. Содержание лекций. ........................................................................ 7

2.1. Введение в экологию............................................................... 7

2.2. Характеристика сред жизни, факторы среды, адаптация

организмов к среде обитания........................................................ 8

2.3. Экология популяций............................................................. 10

2.4. Биоценозы.............................................................................. 12

2.5. Экосистемы............................................................................ 16

2.6. Биосфера................................................................................ 19

2.7. Ресурсы биосферы и глобальный экологический кризис.... 20

2.7.1. Понятие о природных ресурсах................................ 20

2.7.2. Общая характеристика ресурсов атмосферы,

гидросферы, литосферы....................................................... 21

2.7.3. Экологические законы................................................ 26

2.7.4. Понятие экологической проблемы, кризиса,

катастрофы............................................................................ 27

2.7.5. Экологические катастрофы прошлого...................... 28

2.7.6. Экологические проблемы современности................. 29

2.8. Экологические проблемы Беларуси..................................... 35

2.9. Проблемы охраны природы................................................. 36

2.9.1. История природоохранных мероприятий................ 36

2.9.2. Формы охраны природы ........................................... 38

2.9.3. Экологический мониторинг....................................... 48

2.9.4. Экологическое образование и воспитание................ 50

2.10. Основы энергосбережения.................................................. 52

2.10.1. Понятие энергии и энергетических ресурсов.......... 52

2.10.2. Динамика и структура мирового энергопотребления 54

2.10.3. Энергосберегающая политика в Республике

Беларусь................................................................................ 57

2.10.4. Экономия энергии в быту......................................... 62

3. Семинарские занятия. ................................................................... 64

4. Вопросы к зачету. .......................................................................... 70

5. Список тем для самостоятельной подготовки. .......................... 71

Приложения. ........................................................................................ 72

 

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время экологические проблемы превалируют над всеми другими проблемами современности, поэтому экологическое образование студентов приобретает особую значимость и приоритетность.

Цель изучения дисциплины «Основы экологии и энергосбережения» – формирование экологической культуры, обеспечение трансформации экологической культуры и экологического знания в культуру мышления и деятельности.

Основными задачами изучения дисциплины являются:

· формирование системы основных понятий современной экологии;

· формирование системы знаний о природе Беларуси в прошлом и настоящем;

· формирование экологического мировоззрения, умения анализировать и применять на практике экологическую информацию, рационально использовать природные богатства;

· формирование национального самоуважения и гражданского достоинства на основе уникального природного наследия.

В результате изучения курса «Основы экологии и энергосбережения» студент должен знать:

· фундаментальные понятия общей экологии;

· особенности сред жизни организмов и общие закономерности действия на них экологических факторов;

· биосферную концепцию;

· глобальные экологические проблемы;

· экологические проблемы Беларуси;

· сущность концепции энергосбережения.

Студенты, изучающие дисциплину «Основы экологии и энергосбережения», должны уметь:

· использовать знания по экологии в преподавании других учебных дисциплин и в учебно-воспитательной работе в школе;

· беречь и охранять природу;

· использовать принципы энергосбережения в быту;

· пропагандировать идеи бережного отношения к природе и экономного отношения к природным ресурсам.

На изучение дисциплины отводится 34 аудиторных часа. На филологическом факультете лекции составляют 20 часов, практические занятия – 14 часов, на факультете иностранных языков: лекции – 18 часов, практические занятия – 16 часов, на факультете физического воспитания: лекции – 22 часа, практические занятия – 12 часов.

 

Содержание учебного материала

1. Введение в экологию . Экология как наука. Краткая история развития экологии. Связь с другими науками. Экология – научная основа рационального природопользования и охраны природных ресурсов. Разделы экологии. Задачи науки. Практическая значимость экологических исследований.

2. Характеристика сред жизни, факторы среды, адаптация организмов к среде обитания. Характеристика основных сред жизни: водная, наземно-воздушная, почвенная.Основные принципы адаптации живых организмов к среде обитания. Понятие об экологических факторах. Классификация факторов. Абиотические факторы. Биотические факторы. Антропогенные факторы, их особенности. Экологическое значение воздействия антропогенных факторов на условия существования живых организмов. Понятие о лимитирующих факторах.

3. Экология популяций . Понятие популяций. Критерии популяции. Динамика популяций. Рождаемость и смертность как динамические свойства популяции. Механизмы регуляции численности популяций.

4. Биоценозы. Основные компоненты биоценоза. Структура биоценоза. Пространственная структура биоценоза. Ярусность. Горизонтальная неоднородность структуры биоценоза, ее причины и экологическое значение. Вертикальная структура биоценоза. Видовая структура биоценоза.

5. Экосистемы. Понятие экосистемы. Функциональные компоненты экосистемы: продуценты, консументы, редуценты. Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах. Динамика экосистем. Проблемы стабильности экосистем. Биогеоценоз. Агроэкосистема.

6. Биосфера. Планетарные особенности Земли. Понятие о геосферах. Механизм геосфер. Роль живых организмов в движении геосфер. Понятие о биосфере. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Состав и строение биосферы. Границы биосферы. Основные биогеохимические циклы в биосфере. Круговорот веществ и энергии. Биосферы прошлого. Современная биосфера. Динамика и стабильность биосферы. Возрастающее влияние человека на биосферу.

7. Ресурсы биосферы и глобальный экологический кризис. Понятие о природных ресурсах. «Исчерпаемые» и «неисчерпаемые» природные ресурсы. Минеральные, климатические, водные, почвенные, биологические ресурсы. Общая характеристика природных ресурсов. Законы экологии.

Понятие экологической проблемы, кризиса, катастрофы. Экологические катастрофы прошлого. Глобальные экологические проблемы современности: парниковый эффект, разрушение озонового слоя, кислотные дожди, исчерпаемость природных ресурсов, проблема народонаселения.

8. Экологические проблемы Беларуси. Последствия мелиорации. Проблема энергетических ресурсов. Демографическая проблема. Последствия Чернобыля. Деградация почв. Проблема миграционных коридоров. Проблема лесов. Проблема отходов.

9. Проблемы охраны природы. История природоохранных мероприятий. Красная книга, ее цель и назначение. Красная книга Беларуси. Особо охраняемые территории и объекты. Биосферные заповедники, заказники, национальные парки, памятники природы. Стратегические направления охраны природы в XXI веке. Мониторинг окружающей среды. Экологическое образование и воспитание.

10. Основы энергосбережения. Энергетические ресурсы мира и Беларуси. Альтернативные источники энергии. Роль энергетических ресурсов в развитии человеческого общества. Структура энергопотребления в мире и в Беларуси. Эффективное использование энергии. Энергосбережение в быту.

 

Тематический план

 

№	Название темы	Количество аудиторных часов
Филологический факультет	Факультет иностранных языков	Факультет физического воспитания
Лекции	Семинар. занятия	Лекции	Семинар. занятия	Лекции	Семинар. занятия
	Введение в экологию
	Характеристика сред жизни, факторы среды, адаптация организмов к среде обитания
	Экология популяций
	Биоценозы
	Экосистемы
	Биосфера
	Ресурсы биосферы и глобальный экологический кризис
	Экологические проблемы Беларуси
	Проблемы охраны природы
	Основы энергосбережения
	Всего:

СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ

Введение в экологию

«Природа! Тысячелетиями мы боролись с нею, покоряли её, преобразовывали, нещадно уничтожали. Мы пели гимны тем, кто лишал нас естества Матери – Натуры, родившей человечество, той матери, что до сих пор терпеливо кормит неразумного сына, дает жизнь новым поколениям людей. Тысячелетиями мы лицемерно взывали: «Люби ближнего! », демагогически рассуждали о благе для всех. И столько же лет уничтожали себе подобных, среду жизни человечества – саму основу его существования… В конце этого пути мы преклонили колена перед истуканом техники, не заметив, что уже не прежняя, а измененная нами природа довлеет над нами. Брошенный нами бумеранг возвращается. Мы сами занесли меч над собственной головой» (Н.Ф. Реймерс. «Экологический манифест»).

Природа – это окружающий нас мир во всем бесконечном разнообразии своих представлений и форм, это объективная реальность, существующая вне и независимо от нашего сознания.

Природа состоит из веществ, произведенных стихийными силами, а также включает продукты человеческого труда, поэтому под окружающей средой понимают не только природную, но и антропогенную среду, компоненты которой являются следствием человеческой деятельности: населенные пункты, водохранилища и т. п.

Охрана природы – это система мероприятий, направленная на рациональное взаимодействие между человеком и окружающей средой, обеспечивающая сохранение и восстановление природных богатств, предупреждающая вредное влияние результатов деятельности на природу.

Охрана природы – наука сравнительно молодая, интенсивно развивающаяся. Она связана с группой естественных наук, с физико-математическими, юридическими, гуманитарными науками.

Теоретической базой охраны природы является экология.

Термин «экология» был впервые использован немецким биологом Геккелем в работе «Всеобщая морфология организмов» (1866 г.). Слово «экология» происходит от двух греческих слов: «oicos» (дом, родина) и «logos» (понятие, учение). В буквальном смысле экология – это «наука о местообитании».

Быстрая экологизация естествознания и значительной части человекознания произошла в 70-е годы XX века; возникло не менее 50 различных отраслей экологии: глобальная, медицинская, радиационная, геоэкология, биоэкология, экология человека, социальная экология и др. Экологический подход стал всеобщим, экология приобрела черты комплексной науки. Поэтому сегодня дать точное, общепринятое определение термина «экология» достаточно трудно. «В нынешней ситуации экология в современном расширенном понимании далеко вышла за рамки биологической праматери – биоэкологии. Она превратилась в цикл знаний, по общему значению и внутреннему содержанию равный циклам физико-математических, химико-биологических наук, наук о Земле и общественных наук» (Н.Ф. Реймерс).

В настоящее время в экологической науке наибольшее развитие получили следующие направления: классическая экология, социальная, геоэкология, экология человека, прикладная экология, экологический мониторинг.

Основная задача экологии и охраны природы заключается в создании базы научных знаний, позволяющих оценивать экологическую ситуацию, решать экологические проблемы, подготавливать экологов и специалистов по ликвидации чрезвычайных ситуаций, совершенствовать экологическое образование населения.

 

Экология популяций

 

Слово «популяция» происходит от латинского «populus» – народ, население. Популяцией в экологии называют группу особей одного вида, находящихся во взаимодействии между собой и совместно населяющих общую территорию.

Главные критерии выделения популяции – единство местообитания, или географическое расположение (ареал); единство происхождения группы; относительная изолированность этой группы от других аналогичных групп (наличие межпопуляционных барьеров); свободное скрещивание внутри группы и соблюдение принципа панмиксии, то есть равновероятность встречи всех существующих генотипов в пределах ареала (отсутствие значительных внутрипопуляционных барьеров).

Основные характеристики популяции – численность, плотность, рождаемость, смертность, прирост популяции, темп роста.

Численность – общее количество особей на данной территории или в данном объеме. Плотность – количество особей или их биомасса на единице площади или объема. В природе происходят постоянные колебания численности и плотности.

Динамикачисленности и плотности определяется в основном рождаемостью, смертностью и процессами миграции.

Различают абсолютную и удельную рождаемость. Абсолютная рождаемость – это количество новых особей, появившихся за единицу времени, а удельная – то же самое количество, но отнесенное к определенному числу особей. Например, показателем рождаемости человека служит число детей, родившихся на 1000 человек в течение года. Рождаемость определяется многими факторами: условиями среды, наличием пищи, биологией вида (скорость полового созревания, количество генераций в течение сезона, соотношение самцов и самок в популяции). Согласно правилу максимальной рождаемости (воспроизводства) в идеальных условиях в популяциях появляется максимально возможное количество новых особей; рождаемость ограничивается физиологическими особенностями вида. Одуванчик, например, за 10 лет способен заполонить весь земной шар, при условии что все его семена прорастут.

Смертность, как и рождаемость, бывает абсолютной и удельной. Она характеризует скорость снижения численности популяции от гибели из-за болезней, старости, хищников, недостатка корма и играет главную роль в динамике численности популяции.

Популяция приспосабливается к изменению условий среды путем обновления и замещения особей, т. е. процессами рождения (возобновления) и убывания (отмирания), дополняемыми процессами миграции. В стабильной популяции темпы рождаемости и смертности близки, сбалансированы. В растущей популяции рождаемость превышает смертность. Для растущих популяций характерны вспышки массового размножения (саранча, колорадский жук, грызуны, борщевик Сосновского, одуванчик). Если смертность превышает рождаемость, то такая популяция считается сокращающейся. В естественной среде она сокращается до определенного предела, а затем рождаемость (плодовитость) вновь повышается и популяция из сокращающейся становится растущей.

Совокупность всех факторов, способствующих росту численности, называется биотическим потенциалом. Он достаточно высок для разных видов, но вероятность достижения популяцией предела численности в естественных условиях низка, т. к. включаются разные механизмы регуляции численности. У растений начинается самоизреживание и дифференциация растений по размерам и физиологическому состоянию, у животных падает рождаемость, усиливается агрессия, они начинают расселяться на свободные территории, внутри популяций начинаются эпидемии. Реакция у каждого вида на собственное перенаселение разная, но результат для всех один – торможение развития и размножения.

Совокупность факторов, лимитирующих рост численности популяции, называют сопротивлением среды. Состояние равновесия между биотическим потенциалом вида и сопротивлением среды, поддерживающее постоянство численности популяции, получило название гомеостаза или динамического равновесия.

 

Биоценозы

 

Живые организмы встречаются на Земле не в любых случайных сочетаниях, а образуют закономерные комплексы. Биоценоз (от греч. bios – жизнь и koinos – общий, делать что-либо общим) – это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема).

В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории (фитоценоз), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза (зооценоз), совокупность микроорганизмов, населяющих почву(микробоценоз), и совокупность грибов(микоценоз). Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т. д.

Каждый биоценоз характеризуется видовой и пространственной (вертикальной и горизонтальной) структурой и различными биотическими взаимоотношениями организмов.

Под видовой структурой биоценоза понимают разнообразие в нем видов и соотношение их численности или массы. Различают бедные и богатые видами биоценозы. Например, во влажных тропических лесах Малайзии на 1 гектар леса можно насчитать до 200 видов древесных пород. Биоценоз соснового леса в условиях Беларуси может включать максимум до десяти видов деревьев на 1 гектар, а на севере таежной области на такой же площади присутствует 2–5 видов. Наиболее бедными биоценозами по набору видов являются альпийские и арктические пустыни, самыми богатыми – тропические леса.

Виды, преобладающие по численности, являются доминантами и составляют «видовое ядро», например в сосновом бору – сосна, в дубраве – дуб.

Распределение видов в пространстве в соответствии с их потребностями и условиями местообитания называется пространственной структурой биоценоза.Различают вертикальную и горизонтальную структуру биоценоза.

Вертикальная структура биоценозаобразована отдельными его элементами, особыми слоями, которые называются ярусами. Как правило, разные ярусы образованы разными жизненными формами (деревьями, кустарниками, кустарничками, травами, мхами). Подобно распределению растительности разные виды животных в биоценозах также занимают определенные уровни.

Живые организмы распределены в пространстве неравномерно. Обычно они составляют группировки, что является приспособительным фактором в их жизни. Такие группировки организмов определяют горизонтальную структуру биоценоза. Расчлененность в горизонтальном направлении – мозаичность – свойственна практически всем биоценозам. Примеров такого распределения можно привести множество. Огромными косяками передвигаются с места на место многие виды рыб. В большие стаи собираются водоплавающие и воробьиные птицы, готовящиеся к дальним перелетам. В южноамериканских тропиках группы муравьев, вооруженные могучими челюстями и жалами, выстраиваются фронтом 20-метровой ширины и идут в атаку, истребляя всех, кто замешкался и не в силах спастись бегством. Такие же примеры можно привести и для растений: пятнистое размещение особей клевера на лугу, пятна мхов и лишайников, скопление кустарничков брусники в сосновом лесу, обширные пятна кислицы в еловом лесу, земляничные поляны на светлых опушках.

Особям, образующим группировки, свойственна высокая выживаемость, они наиболее эффективно используют пищевые ресурсы. Это ведет к увеличению численности и разнообразию видов в биоценозе, способствует его устойчивости и жизнеспособности.

Особи разных видов существуют в биоценозах не изолированно; они вступают между собой в разнообразные прямые и косвенные отношения.

Примером косвенных межвидовых отношений могут служить следующие. Насекомоядные птицы не питаются растениями, но поедают многих насекомых, которые кормятся листьями или опыляют цветки. Поедая насекомых-опылителей, птицы косвенным образом воздействуют на число производимых деревом плодов.

По размеру биоценозы могут быть разными – от мелких (кочка на болоте, муравейник, подушки лишайников на стволах деревьев, небольшой пруд) до очень больших (биоценоз леса, луга, озера, болота, ковыльной степи). Биоценозы чаще всего не имеют четких границ. В природе они переходят друг в друга постепенно, благодаря чему невозможно определить, где заканчивается один биоценоз и начинается другой. Например, биоценоз сухого леса постепенно переходит в биоценоз увлажненного луга, который сменяется болотом.

Биоценозы бывают простые и сложные. Флора и фауна на острове Таймыр насчитывает всего около 140 видов высших растений, 670 видов низших растений, 1000 видов животных, 2500 видов микроорганизмов. Биоценозы сравнимых по площади участков тропических лесов включают десятки тысяч видов растений и животных. Сложные биоценозы наиболее устойчивы к неблагоприятным воздействиям. Исчезновение отдельных элементов (вымирание одного вида и т. д.) существенно не отражается на судьбе сложного биоценоза, поскольку происходит незначительная перестройка его организации.

Широкомасштабная деятельность человека привела почти к повсеместному преобразованию природных биогеоценозов. Посевы и посадки культурных растений сменяют леса и степи. Так формируются вторичные агробиогеоценозы, или агроценозы, количество которых на Земле постоянно увеличивается. К агробиогеоценозам можно отнести сельскохозяйственные поля, полезащитные лесные полосы, пастбища, искусственно возобновляемые леса, пруды и водохранилища, каналы и осушенные болота.

Между естественными и искусственными биогеоценозами существуют большие различия.

Первое отличие состоит в разном направлении отбора. В природных экосистемах существует естественный отбор, отвергающий неконкурентоспособные виды и формы организмов и их сообществ в экосистеме и тем самым обеспечивающий ее основное свойство – устойчивость. В агроценозах действует преимущественно искусственный отбор, направленный человеком прежде всего на максимальное повышение урожайности сельскохозяйственных культур. По этой причине экологическая устойчивость агроценозов невелика. Они не способны к саморегуляции и самовозобновлению, подвержены угрозе гибели при массовом размножении вредителей или возбудителей болезней. Поэтому без участия человека, без неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав – 3–4 года, плодовых культур – 20–30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Второе отличие – в источнике используемой энергии. Для естественного биогеоценоза единственным источником энергии является Солнце. В то же время агроценозы, помимо солнечной энергии, получают дополнительную энергию, которую затратил человек на производство удобрений, химических средств против сорняков, вредителей и болезней, на орошение или осушение земель и т. д. Без такой дополнительной затраты энергии длительное существование агроценозов практически невозможно.

Третье отличие сводится к тому, что в агроценозе резко снижено видовое разнообразие живых организмов. На полях обычно культивируют один или несколько видов (сортов) растений, что приводит к значительному обеднению видового состава животных, грибов, бактерий. Кроме того, биологическое однообразие сортов культурных растений, занимающих большие площади (иногда десятки тысяч гектаров), часто является основной причиной их массового уничтожения насекомыми (например, колорадским жуком) или поражения возбудителями болезней (ржавчинными, головневыми грибами, фитофторой и др.).

Четвертое отличие состоит в разном балансе питательных элементов. В естественном биогеоценозе первичная продукция растений (урожай) потребляется в многочисленных цепях (сетях) питания и вновь возвращается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. В агроценозе такой круговорот элементов резко нарушается, поскольку значительную их часть человек изымает с урожаем. Поэтому для возмещения их потерь и, следовательно, повышения урожайности культурных растений необходимо постоянно вносить в почву удобрения. Таким образом, по сравнению с естественными биогеоценозами агроценозы имеют ограниченный видовой состав растений и животных, не способны к самообновлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели в результате массового размножения вредителей или возбудителей болезней и требуют неустанной деятельности человека по их поддержанию.

Агроценозы занимают примерно 10 % всей поверхности суши и дают человечеству около 90 % пищевой энергии. Их неоспоримые преимущества по сравнению с естественными экосистемами заключаются в неограниченных потенциальных возможностях увеличения продуктивности. Однако их реализация возможна только при постоянном, научно обоснованном уходе за почвой, обеспечении растений влагой и элементами минерального питания, охране растений от неблагоприятных абиотических и биотических факторов.

 

Экосистемы

 

Экологическая система (экосистема) занимает следующее после биоценоза место в системе уровней живой природы. Экологическая система – это природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, связанными между собой обменом веществ и энергии. Главные экосистемы суши, такие как леса, степи и пустыни, называются наземными экосистемами, или биомами. Экосистемы гидросферы называются водными экосистемами. Примерами таких экосистем являются озера, реки, открытый океан, коралловые рифы и т. п.

Экосистема состоит из различных живых и неживых компонентов. Неживые, или абиотические, компоненты экосистемы включают различные физические и химические факторы (солнечный свет, тень, ветер, температура, вода). Основные типы организмов, которые формируют живые, или биотические, компоненты экосистемы, принято подразделять по преобладающему способу питания на продуцентов, консументов и редуцентов. Продуценты – это организмы (в большинстве своем зеленые растения), производящие органическое вещество из неорганических соединений в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Консументы – организмы, не способные синтезировать органические вещества, а получающие их и необходимую энергию, питаясь живыми организмами – продуцентами или другими консументами. Различают консументов первого порядка (растительноядные животные), второго (хищники), третьего (многие паразиты) и т. д. Редуценты – организмы, разрушающие остатки мёртвых растений и животных и превращающие их в неорганические соединения (бактерии, грибы).

Деятельность живых организмов в биосфере сопровождается извлечением из окружающей среды больших количеств минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с участием живых организмов) круговорот веществ в природе. Растения потребляют из внешней среды углекислый газ, воду и минеральные соли и выделяют в нее кислород. Животные вдыхают кислород, выделенный растениями, а поедая их, усваивают синтезированные из воды и углекислого газа органические вещества и выделяют углекислый газ, воду и вещества непереваренной части пищи. При разложении бактериями и грибами отмерших растений и животных образуется дополнительное количество углекислого газа, а органические вещества превращаются в минеральные, которые попадают в почву и снова усваиваются растениями. Таким образом, атомы основных химических элементов постоянно совершают миграцию из одного организма в другой, из почвы, атмосферы и гидросферы – в живые организмы, а из них – в окружающую среду. Эти процессы повторяются бесконечное число раз. Непрерывная циркуляция химических элементов в экологической системе по более или менее замкнутым путям называется биогеохимическим циклом. Круговорот веществ, как и все происходящие в природе процессы, требует постоянного притока энергии. Основой круговорота, обеспечивающего существование жизни, является солнечная энергия.

Экосистемы подвержены непрерывным изменениям. Например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни. Изменение экосистемы во времени в результате внешних и внутренних воздействий носит название динамики экосистемы. Различают циклическую (флуктуационную) и поступательную динамику экосистем. К числу циклических изменений относят суточную, сезонную и многолетнюю динамику. Такие изменения обусловлены периодичностью внешних условий. Наиболее четко суточная динамика выражена в природных зонах с резким колебанием факторов среды на протяжении суток. Например, в пустыне жизнь летом в полуденные часы замирает, хотя некоторые животные и проявляют определенную активность. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрировать в районы с лучшими условиями существования. У видов же, остающихся зимовать в экосистеме, значительно изменяется их жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарников на зиму сбрасывает листву. Солнечная активность определяет многолетнюю динамику экосистем (2-, 4-, 11-летние циклы и т. п.). Более сложными космическими и планетарными процессами определяются длительные циклы, протяженность которых охватывает периоды от нескольких десятилетий до миллионов лет. Поступательная динамика экосистем обычно связана с внедрением в их состав новых видов либо сменой одних видов другими.

В конечном счете и тот и другой процесс приводят к смене биоценозов или экосистем в целом. Такие смены получили название сукцессий (от лат. succesio – преемственность, наследование). В случае, если сукцессия обусловливается внешними по отношению к экосистемам факторами, говорят об экзогенных сукцессиях, когда изменение возникает под действием внутренних причин – об эндогенных. Экзогенные сукцессии могут быть вызваны изменением климата, такие процессы могут идти сто или даже тысячи лет, поэтому их называют вековыми. В ходе эволюции жизни на Земле биологические виды преобразуются в новые формы. В таком случае можно вести речь об эндогенных сукцессиях.

Если изменения вызваны деятельностью человека, говорят об антропогенных сукцессиях. Так, на месте вырубки или пожарища, уничтоживших лес, последовательно возникают территории, поросшие травянистыми растениями, затем появляются кустарники, которые впоследствии скрываются под пологом лиственных деревьев. Под пологом лиственного леса подрастают хвойные породы деревьев, которые, проникая в верхний ярус, образуют смешанный лес. Лиственные деревья короткоживущи по сравнению с хвойными, они постепенно выпадают из верхнего яруса, в результате чего в конце концов на месте гари и вырубки формируется хвойный лес.

12345678Следующая ⇒

Поделиться: