Агроэкосистемы и их особенности

В биосфере помимо естественных биогеоценозов и экоси стем существуют сообщества, искусственно созданные хозяйст венной деятельностью человека, — агроэкосистемы (агроценоз, агробиоценоз, сельскохозяйственная экосистема).

Агроэкосистема (от греч. а поле) — биотическое сооб щество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельхозпользо вания.

К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноград ники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агро - экосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культиви руемых растений или животных. Главное их отличие от естест венных экосистем — угiрощенная структура и обедненный видо вой состав.

Агроэкосистемы отличаются от естественных экосистем ря дом особенностей.

1. Разнообразие живых организмов в них резко снижено для получения максимально высокой продукции. На ржаном или пшеничном поле кроме элаковой монокультуры можно встре тить разве что несколько вi сорняков. На естественном лугу биологическое разнообразие значительно выше, но биологиче ская продуктивность во много раз уступает засеянному полю.

2. Виды сельскохозяйственных растений и животных в агро экосистемах получены в результате действия искусственного,

а не естественного отбора. В результате происходит резкое суже ние генетической базы сельскохозяйственных культур, которые

крайне чувствительны к массовому размножению вредителей

и болезням.

3. В естественных биоценозах первичная продукция растений потребляется в многочисленных цепях питания и вновь возвра щается в систему биологического круговорота в виде углекислого газа, воды и элементов минерального питания. Агроэкосистемы

 

более открыты, из них вещество и энергия изымаются с урожаем, животноводческой продукцией, а также в результате разрушения почв.

В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании моно культуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется заiсоаом убывающего плодородия. Таким образом, для расчетливо го и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодоро дне почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов.

4. Смена растительного покрова в агроэкосистемах проис ходит не естественным пугем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почненного плодородия.

5. Главное отличие агроэкосистемы от природных экосистем — получение дополнительной энергии для нормального функционирования. Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимой в агроэкосистемы. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. В понятие дополнительная энергия» входят также новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем.

б. Все искусственно создаваемые в сельскохозяйственной практике агроэкосистемы полей, садов, пастбищных лугов, ого родов, теплиц представляют собой системы, специально поддерживаемые человеком. В агроэкосистемах используется их свойство производить чистую продукцию, так как все конкурентные воздействия на культивируемые растения со стороны сорняков сдерживаются агротехническими мероприятиями, а формирование пищевых цепей за счет вредителей пресекается с помощью различных мер, например химической и биологической борьбы.

Какие признаки экосистемы считаются устойчивыми? Прежде всего это сложная, полидоминантная структура, включающая максимально возможное при данных условиях число видов и популяций. Второй признак — максимальная биомасса. И последнее — относительное равновесие между приходом и расходом энергии. Несомненно, что в таких экосистемах наблюдается наименьший уровень продуктивности: биомасса большая, а про дуктивность низкая. Это связано с тем, что основная часть по ступающей в экосистему энергии идет на поддержание процесс сов жизнедеятельности.

Следует отметить, что агроэкосистемы — крайне неустойчивые сообщества. Они не способны к самовосстановлению и самое регулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. для их поддержания необходима постоянная деятельность людей.

 

Тема 7. Биосфера

Цель - раскрыть понятие и функции биосферы. Значение сохранения биологического разнообразия.

 

План лекции

7.1. Понятие и определение биосферы .

Структура биосферы

7.2. Учение В.И. Вернадского о биосфере

7.3. Понятие ноосферы

7.4. Живое вещество биосферы, его особенности

и функции

7.5. Биологическое разнообразие как основа стабильности биосферы

7.6. Значение сохранения биологического разнообразия

 

                  7.1. Понятие и определение биосферы.

                                 Структура биосферы

    Сложный природный процесс, протекавший и протекающий на Земле, непосредственно связан с взаимодействием трех оболочек планеты: литосферы, гидросферы и атмосферы. Именно эти оболочки и являются той сферой, той областью, где существуют живые организмы. Область существования живых организмов на Земле называется биосферой.

Впервые вплотную к понятию «биосфера» подошел французский естествоиспытатель Ж.Б. Ламарк в ХVIII в. Выводы, сделанные им, позволяют говорить о том, что они содержат в себе зачатки понятия о биосфере. Работы Ламарка положили начало представлениям о существовании на нашей планете определенного пространства, заселенного живыми существами. Причем подчеркивалось, что это пространство организовано именно жизнедеятельностью организмов.

Австрийский геолог Э.-Ф. Зюсс в1875 г. ввел в науку понятие биосферы. Он писал: «В области взаимодействия верхних сфер и литосферы и на поверхности материков можно вьщелить самостоятельную биосферу. Она простирается теперь как над сухой, так и над влажной поверхностью, но ясно, что раньше она была ограничена только гидросферой».

Биосфера (от греч. bios — жизнь и sphaira— шар) — оболочка Земли, населенная живыми организмами, область обитания живых организмов планеты. Именно живые организмы сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере.

Структура биосферы. Биосфера представляет собой сложнейшую планетарную оболочку жизни, населенную организмами, которые в совокупности составляют живое вещество. Это самая крупная (глобальная) экосистема Земли — область системного взаимодействия живого и косного вещества.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы до высоты озонового экрана (20—25 км), верхнюю часть литосферы (кора выветривания) и всю гидросферу до глубинных слоев океана (рис. 11).

Ограничивают область распространения жизни слишком высокие или низкие температуры. Нижнюю границу биосферы на материках условно проводят по изотерме 100 ‘С. При более высокой температуре большинство бактерий существовать не может. В Европе эта изотерма находится на глубине 10-15 км, в молодых альпийских прогибах она поднимается до 1,5-2 км. Фактически жизнь в литосфере прослеживается до глубины 3-4 км.

       Предел протяженности биосферы — 39—40 км. Однако жизнь в биосфере сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров. По сравнению с диаметром Земли (13 000 км) биосфера — это тонкая пленка на ее поверхности.

      Что касается границы биосферы в морях и океанах, то английский натуралист Э. Форбс в 1841 г. по результатам своих наблюдений в Средиземном море категорически заявил, что глубже 540 м жизнь в океанических водах невозможна. Однако уже спустя 20 лет с глубины 2160 м с затонувшего судна был поднят кабель: он оказался весь усеян кораллами, устрицами, двустворчатыми и брюхоногими моллюсками, яйцами кальмаров

23 января 1960 г. исследователи-океанологи Ж. Пикар и д. Уолш опустились в батискафе в Марианскую впадину Тихо го океана. На глубине 10 525 м они разглядели рыбу и креветку. Так было доказано существование живых организмов в самых глубоких местах океана. Следует только отметить, что плотность организмов в океане крайне неравномерна. Примерно 5/6 его обитателей предпочитают верхние, освещаемые солнцем слои. По мере спуска на глубину количество видов резко уменьшается.

Относительно верхней границы существования жизни следует заметить, что ученые обычно проводят ее на высоте 2025 км, где находится спасительный для всего живого озоновый экран. Здесь та же ситуация с расселением организмов, что и в океане, только наоборот. Уже на высоте 8—9 км низкие температуры сильно ограничивают существование животных и растений.

  Биосферу населяют около 2—2,5 млн. ВИДОВ ЖИВЫХ существ. Особое место отводится растениям — производителям органического вещества. Их общий сухой вес (вес фитомассы) Оценивается примерно в 2,42 х 1012 т. Это составляет 99 % всего живого вещества на планете. Оставшийся 1 % приходится на гетеротрофные организмы

 .

                         7.2. Учение В.И. Вернадского о биосфере

 

Одним из выдающихся естествоиспытателей, посвятивших себя изучению процессов, протекающих в биосфере, был академик Владимир Иванович Вернадский (1864—1945). Он является основоположником научного направления, названного им биогеохимией, которое легло в основу современного учения о биосфере.

   Исследования В.И. Вернадского привели к осознанию роли жизни и живого вещества в геологических процессах. Облик Земли, ее атмосфера, осадочные породы, ландшафты — ВИ. Вернадский все это результат жизнедеятельности живых организмов. Особую роль в становлении лика нашей планеты Вернадский отводил человеку. Он представил деятельность человечества как стихийный природный процесс, истоки которого теряются в глубинах истории.

Будучи выдающимся теоретиком, В.И. Вернадский стоял у истоков таких новых и общепризнанных ныне наук, как радио геология, биогеохимия, учение о биосфере и ноосфере, науковедение.

В 1926 г. В.И. Вернадский опубликовал книгу Биосферa, которая ознаменовала собой рождение новой науки о природе и взаимосвязи с ней человека. Биосфера впервые показана как единая динамическая система, населенная и управляемая жизнью, живым веществом планеты: «Биосфера организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью». Ученый установил, что взаимодействие живого вещества с веществом косным есть часть большого механизма земной коры, благодаря которому происходят разнообразные геохимические и биогенные процессы, миграции атомов, осуществляется их участие в геологических и биологических циклах.

В.И. Вернадский подчеркивал, что биосфера является результатом геологического и биологического развития и взаимодействия косного и биогенного вещества. С одной стороны, это среда жизни, а с другой — результат жизнедеятельности. Специфика современной биосферы — это четко направленные потоки энергии и биогенный (связанный с деятельностью живых существ) круговорот веществ. Вернадский впервые показал, что химическое со стояние наружной коры нашей планеты всецело находится под влиянием жизни и определяется живыми организмами, с деятельностью которых связан великий планетарный процесс — миграция химических элементов в биосфере. Эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчива в биосфере и должна идти в направлении увеличения биогенной миграции атомов.

В.И. Вернадский отмечал, что пределы биосферы обусловлены прежде всего полем существования жизни. На развитие жизни, а следовательно, на границы биосферы оказывают влияние многие факторы, и прежде всего наличие кислорода, углекислого газа, воды в ее жидкой фазе. Ограничивают область распространения жизни также слишком высокие или низкие температуры, элементы минерального питания. К ограничивающим факторам можно отнести и сверхсоленую среду (превышение концентрации солей в морской воде примерно в 10 раз). Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.

Согласно представлениям Вернадского, биосфера состоит из нескольких разнородных компонентов. Главный и основной — это живое вещество, совокупность всех живых организмов, населяющих Землю. В процессе жизнедеятельности живые организмы взаимодействуют с неживым (абиогенным) — косным веществом. Такое вещество образуется в результате процессов, в которых живые организмы не принимают участия, например, изверженные горные породы. Следующий компонент — биогенное  вещест-

во, создаваемое и перерабатываемое живыми организмами (газы атмосферы, каменный уголь, нефть, торф, известняк, мел, лесная подстилка, почвенный гумус и т.д.). Еще одно составляющее биосферы — биокосное вещество — результат совместной деятельности живых организмов (вода, почва, кора выветривания, осадочные породы, глинистые материалы) и косных (абиогенных) процессов.

  Косное вещество резко преобладает по массе и объему. Живое вещество по массе составляет ничтожную часть нашей планеты: примерно 0,25 % биосферы. Причем «масса живого вещества остается в основном постоянной и определяется лучистой солнечной энергией заселения планеты». В настоящее время этот вывод Вернадского называется законом константности.

В.И. Вернадский сформулировал пять постулатов, относящихся к функции биосферы.

  П е р в ы й п о с т у л а т: «С самого начала биосферы жизнь, в нее входящая, должна была быть уже сложным телом, а не однородным веществом, поскольку связанные с жизнью ее биогеохимические функции по разнообразию и сложности не могут быть уделом какой-нибудь одной формы жизни». другими словами, первобытная биосфера изначально отличалась богатым функциональным разнообразием.

  В т о р о й п о с т у л а т: «Организмы проявляются не единично, а в массовом эффекте... Первое появление жизни... должно было произойти не в виде появления одного какого-нибудь вида организмов, а их совокупности, отвечающей геохимической функции жизни. должны были сразу появиться биоценозы».

  Т р. е т и п. о с т у л а т: «В общем монолите жизни, как бы ни менялись его составные части, их химические функции не могли быть затронуты морфологическим изменением». То есть первичная биосфера была представлена «совокупностями» организмов типа биоценозов, которые и были главной «действующей силой» геохимических преобразований. Морфологические изменения «совокупностей» не отражались на химических функциях этих компонентов.

  Ч е т в е р т ы й п о с т у л а т: «Живые организмы... своим дыханием, своим питанием, своим метаболизмом... непрерывной сменой поколений... порождают одно из грандиознейших

 

планетных явлений... — миграцию химических элементов в биосфере», поэтому «на всем протяжении протекших миллионов лет мы видим образование тех же минералов, во все времена шли те же циклы химических элементов, какие мы видим и сейчас».

  П я т ы й п о с т у л а т: «Все без исключения функции живо го вещества в биосфере могут быть исполнены простейшими одноклеточными организмами». Разрабатывая учение о биосфере, В.И. Вернадский пришел к выводу, что главным трансформатором космической энергии является зеленое вещество растений. Только они способны поглощать энергию солнечного излучения и синтезировать первичные органические соединения.

                                       

 

7.3. Понятие ноосферы

      Еще в 20-е гг. ХХ в. В.И. Вернадский обратил внимание на мощное воздействие человека на окружающую среду и преобразование современной биосферы. Человечество как элемент биосферы, считал он, неизбежно придет к пониманию необходимости сохранения всего живого на Земле и охватит разумным управлением живую оболочку планеты, превратив ее в единую сферу — ноосферу (сферу разума). Это новое понятие Вернадский сформулировал в 1944 г. Он успел лишь в общих чертах наметить основы нового учения, но его слова и сейчас актуальны и звучат предостерегающе: 

  «В геологической истории биосферы перед человеком открывается огромное будущее, если он поймет это и не будет употреблять свой разум и свой труд на самоистребление».

      Ноосфера (от греч. noos - разум) — это биосфера, разумно управляемая человеком. Ноосфера является высшей стадией раз вития биосферы, связанной с возникновением и становлением в ней цивилизованного общества, с периодом, когда разумная деятельность человека становится главным фактором развития на Земле.

Термин и понятие «ноосфера» были введены в науку французскими учеными — математиком Э. Леруа, философом П. Тейяром де Шарденом и В.И. Вернадским.

  Отправной точкой своих исследований и Вернадский, и Тейяр де Шарден считали так называемую цефализацию процесс увеличения массы головного мозга и, как следствие, эволюционно ускоренное развитие нервной системы человека. Происходит скачок — от инстинкта к мысли, следовательно, эволюция биосферы идет в направлении развития сознания, т.е. формирования ноосферы. Отсюда вывод: нематериальная мысль человека становится геологическим фактором, материально пре- образующим планету. Планета обретает некий общепланетарный Мозг, который берет на себя ответственность за ее дальней шее развитие.

  П. Тейяр де Шарден называл ноосферой некую «оболочку , мыслей» над Землей. Он представлял разум как пламя, в котором

греется земной шар и которое постепенно охватывает планету, образуя ее новый покров: «Земля не только покрывается мириадами крупинок мысли, но окутывается единой мыслящей оболочкой, образующей функционально одну обширную крупинку мысли в космическом масштабе. Множество индивидуальных мышлений группируется и усиливается в акте одного единодушного мышления. Таков тот общий образ, в котором по аналогии и симметрично с прошлым мы можем научно представить себе человечество в будущем».

  Как палеонтолог Тейяр де Шарден мысленно прослеживал невообразимо долгий путь биологической эволюции, венцом которой стало создание человека. Неужели столь устойчивый процесс ведет в тупик? Неужели природа, создавшая дивное разнообразие организмов, связанных между собой в гармоничное целое, столь несовершенна, столь убога, что самое замечательное ее творение — человек разумный — не способно выжить, обречено на бесславный конец?

     «Завтра Земля может задрожать и уйти из-под наших ног, — считал ученый. — И это верно. Каждая человеческая воля, взятая Отдельно, может отказаться от задачи идти все дальше по пути единения. Я это также допускаю. И, однако, в той мере, в какой ОНИ включают в себя идею преждевременной катастрофы или упадка, я считаю возможным утверждать, опираясь на все то, чему нас учит прошлое эволюции, что нам нечего бояться ни одного из этих многочисленных бедствий».

 

   В.И. Вернадский вкладывал в понятие ноосферы принципиально иной смысл. По мнению ученого, ноосфера — материальная оболочка Земли, меняющаяся под воздействием людей, которые своей деятельностью так преобразуют планету, что могут быть признаны «мощной геологической силой». Эта сила своей мыслью и трудом перестраивает биосферу «в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого».

   Постепенно идея ноосферы захватила умы многих известных ученых во всем мире, что само по себе говорит о ее значимости и глобальном характере.

Употребляя термин «ноосфера», экологи имеют в виду прежде всего тот комплекс проблем, решение которых необходимо для направленного развития биосферы. Говоря об «эпохе ноосферы», мы подчеркиваем еще одну важную сторону учения Вернадского. Оно утверждает необходимость не только целенаправленного развития биосферы, подчиненного обеспечению дальнейшего развития цивилизации, но и такого изменения общества, его природы и организации, которые были бы способны создать нужную гармонию в развитии природы и общества. Ноосфера — это уникальное единство человечества, производства и природы, которое должно преобразовываться и управляться высшим человеческим разумом. Именно последний гарантирует всестороннее прогрессивное развитие человечества на основе новых социальных законов и глубокого знания естественноисторических закономерностей.

В.И. Вернадский подчеркивал, что возникновение ноосферы как части биосферы есть природное явление, гораздо более глубокое и мощное в своей основе, чем человеческая история.

Все человечество, вместе взятое, представляет ничтожную массу вещества планеты. Мощь его связана не с его материей, но с его мозгом, разумом и направленным этим разумом его трудом. Ноосфера есть новое геологическое явление на нашей планете. В ней впервые человек становится крупнейшей геологической силой. Он может и должен перестраивать своим трудом и мыслью область своей жизни, перестраивать коренным образом по сравнению с тем, что было раньше». Вернадский понимал под ноосферой новый этап в развитии биосферы, этап разумного регулирования отношений между человеком и природой.

 

  Ноосфера должна представлять собой не просто общество, существующее в определенной среде, и не просто среду, подвергшуюся сильному воздействию человечества, а интегрированное целое, в котором объединены развивающееся общество и из меняемая природа.

   В понятии устойчивого развития, принятом на всемирной конференции в Рио-де-Жанейро в 1992 г., ряд положений на помнил идею Вернадского о ноосфере, а в «Концепции перехода Российской Федерации к устойчивому развитию» (1996) прямо записано, что «движение человечества к устойчивому развитию в конечном счете приведет к формированию предсказанной В.И. Вернадским сферы разума (ноосферы)...» За идеей ноосферы закрепился государственный статус

.

Живое вещество биосферы,

⇐ Предыдущая19202122232425262728Следующая ⇒

Поделиться: