Индекс интенсивности биологического круговорота - раздел Экология, ЭКОЛОГИЯ
Тип Экосистемы
Индекс ...
| Тип экосистемы
| Индекс скорости круговорота
|
| Заболоченные леса
Кустарничковые тундры
Темнохвойные леса
Широколиственные леса
Саванны
Влажные тропические леса
| >50
20—50
10—17
3—4
Не>0,2
Не>0,1
|
Круговорот углерода. Из всех биогеохимических циклов круговорот углерода, без сомнения, самый интенсивный. С высокой скоростью углерод циркулирует между различными неорганическими средствами и через посредство пищевых сетей внутри сообществ живых организмов (рис. 12.14).
Рис. 12.14. Круговорот углерода (по И. П. Герасимову, 1980)
В круговороте углерода определенную роль играют СО и СО2. Часто в биосфере Земли углерод представлен наиболее подвижной формой СО2. Источником первичной углекислоты биосферы является вулканическая деятельность, связанная вековой дегазацией мантии и нижних горизонтов земной коры.
Миграция СО2 в биосфере протекает двумя путями.
Первый путь заключается в поглощении его в процессе фотосинтеза с образованием глюкозы и других органических веществ, из которых построены все растительные ткани. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых существ экосистемы. Следует заметить, что вероятность отдельно взятого углерода «побывать» в течение одного цикла в составе многих организмов мала, потому что при каждом переходе с одного трофического уровня на другой велика возможность, что содержащая его органическая молекула будет расщеплена в процессе клеточного дыхания для получения энергии. Атомы углерода при этом вновь поступают в окружающую среду в составе углекислого газа, таким образом завершив один цикл и приготовившись начать следующий. В пределах суши, где имеется растительность, углекислый газ атмосферы в процессе фотосинтеза поглощается в дневное время. В ночное время часть его выделяется растениями во внешнюю среду. С гибелью растений и животных на поверхности происходит окисление органических веществ с образованием СО2.
Атомы углерода возвращаются в атмосферу и при сжигании органического вещества. Важная и интересная особенность круговорота углерода состоит в том, что в далекие геологические эпохи, сотни миллионов лет назад, значительная часть органического вещества, созданного в процессах фотосинтеза, не использовалась ни консументами, ни редуцентами, а накапливалась в литосфере в виде ископаемого топлива; нефти, угля, горючих сланцев, торфа и др. Это ископаемое топливо добывается в огромных количествах для обеспечения энергетических потребностей нашего индустриального общества. Сжигая его, мы в определенном смысле завершаем круговорот углерода.
По второму пути миграция углерода осуществляется созданием карбонатной системы в различных водоемах, где СО2 переходит в Н2СО3, НСО13, СО23. С помощью растворенного в воде кальция (или магния) происходит осаждение карбонатов (СаСО3) биогенным и абиогенным путями. Образуются мощные толщи известняков. По А. Б. Ронову, отношение захороненного углерода в продуктах фотосинтеза к углероду в карбонатных породах составляет 1:4. Существует наряду с большим круговоротом углерода и ряд малых его круговоротов на поверхности суши и в океане.
В целом же без антропогенного вмешательства содержание углерода в биогеохимических резервуарах: биосфере (биомасса+почва и детрит), осадочных породах, атмосфере и гидросфере, — сохраняется с высокой степенью постоянства. По Т.А. Акимовой, В.В. Хаскину (1994), постоянный обмен углеродом, с одной стороны, между биосферой, а с другой — между атмосферой и гидросферой, обусловлен газовой функцией живого вещества — процессами фотосинтеза, дыхания и деструкции, и составляет около 6×1010 т/год. Существует поступление углерода в атмосферу и гидросферу и при вулканической деятельности в среднем 4,5×106 т/год. Общая масса углерода в ископаемом топливе (нефть, газ, уголь и др.) оценивается в 3,2×1015 т, что соответствует средней скорости накопления 7 млн т/год. Это количество по сравнению с массой циркулирующего углерода незначительное и как бы выпадало из круговорота, терялось в нем. Отсюда степень разомкну-гости (несовершенства) круговорота составляет 10-4, или 0,01%, а соответственно степень замкнутости — 99,99%. Это означает, с одной стороны, что каждый атом углерода принимал участие в цикле десятки тысяч раз, прежде чем выпал из круговорота, оказался в недрах. А с другой стороны — потоки синтеза и распада органических веществ в биосфере с очень высокой точностью подогнаны друг к другу.
В. Г. Горшковым (1988) на основе расчетов делается важное заключение: «Потоки синтеза и разложение органических веществ совпадают с точностью 10"4 и скоррелированы с точностью 10-4. Скоррелированность потоков синтеза и распада с указанной точностью доказывает наличие биологической регуляции окружающей среды, ибо случайная связь величин с такой точностью в течение миллионов лет невероятна».
В постоянном круговороте находится 0,2% мобильного запаса углерода. Углерод биомассы обновляется за 12, атмосферы — за восемь лет. Огромный контраст между краткостью данных периодов, постоянством и возрастом биосферы подтверждает высочайшую сбалансированность «мира углерода».
Круговорот кислорода. Кислород (О2) играет важную роль в жизни большинства живых организмов на нашей планете. В количественном отношении это главная составляющая живой материи. 349
Например, если учитывать воду, которая содержится в тканях, то тело человека содержит 62,8% кислорода и 19,4% углерода. В целом в биосфере этот элемент по сравнению с углеродом и водородом является основным среди простых веществ. В пределах биосферы происходит быстрый обмен кислорода с живыми организмами или их остатками после гибели. Растения, как правило, производят свободный кислород, а животные являются его потребителями путем дыхания. Будучи самым распространенным и подвижным элементом на Земле, кислород не лимитирует существование и функции экосферы, хотя доступность кислорода для водных организмов может временно и ограничиться. Круговорот кислорода в биосфере необычайно сложен, так как с ним в реакцию вступает большое количество органических и неорганических веществ. В результате возникает множество эпициклов, происходящих между литосферой и атмосферой или между гидросферой и двумя этими средами. Круговорот кислорода в некотором отношении напоминает обратный круговорот углекислого газа. Движение одного происходит в направлении, противоположном движению другого (рис. 12.15).
Потребление атмосферного кислорода и его возмещение первичными продуцентами происходит сравнительно быстро. Так, для полного обновления всего атмосферного кислорода требуется 2000 лет. В наше время фотосинтез и дыхание в природных условиях, без учета деятельности человека, с большой точностью уравновешивают друг друга. В связи с этим накопления кислорода в атмосфере не происходит, и его содержание (20,946%) остается постоянным.
Рис. 12.15. Круговорот кислорода (по Е. А. Криксунову и др., 1995)
В верхних слоях атмосферы при действии ультрафиолетовой радиации на кислород образуется озон — О3:
hv ® О2 « 2О; О + О « О3; DН = +141,9 кДж/моль.
Здесь hv — квант света с длиной волны не более 225 нм.
На образование озона тратится около 5% поступающей к Земле солнечной энергии — около 8,6×1015 Вт. Реакции легко обратимы. При распаде озона эта энергия выделяется, за счет чего в верхних слоях атмосферы поддерживается высокая температура. Средняя концентрация озона в атмосфере составляет около 10-6 об. %; максимальная концентрация О3 —до 4×10-6 об. % достигается на высотах 20—25 км (ТА. Акимова, В.В. Хаскин (1998).
Озон служит своеобразным УФ-фильтром: задерживает значительную часть жестких ультрафиолетовых лучей. Вероятно, образование озонового слоя было одним из условий выхода жизни из океана и заселения суши.
Большая часть кислорода, вырабатываемого в течение геологических эпох, не оставалась в атмосфере, а фиксировалась литосферой в виде карбонатов, сульфатов, окислов железа и т. п. Эта масса составляет 590×1014 т пpoтив39×1014 т киcлopoдa, который циркулирует в биосфере в виде газа или сульфатов, растворенных в континентальных и океанических водах.
Круговорот азота. Азот — незаменимый биогенный элемент, так как он входит в состав белков и нуклеиновых кислот. Круговорот азота один из самых сложных, поскольку включает как газовую, так и минеральную фазу, и одновременно самых идеальных круговоротов (рис. 12.16).
Рис. 12.16. Круговорот азота (по Ф. Рамаду, 1981)
Круговорот азота тесно связан с круговоротом углерода. Как правило, азот следует за углеродом, вместе с которым он участвует в образовании всех протеиновых веществ.
Атмосферный воздух, содержащий 78% азота, является неисчерпаемым резервуаром. Однако основная часть живых организмов не может непосредственно использовать этот азот. Он должен быть предварительно связан в виде химических соединений. Например, для усвоения азота растениями необходимо, чтобы он входил в состав ионов аммония (NH4+) или нитрата (NO3-).
Газообразный азот непрерывно поступает в атмосферу в результате работы денитрофицирующих бактерий, а бактерии-фиксаторы вместе с сине-зелеными водорослями (цианофитами) постоянно поглощают его, преобразуя в нитраты.
Важную роль в превращении газообразного азота в аммонийную форму в ходе так называемой азотофиксации играют бактерии из рода Rhizobium, живущие в клубеньках на корнях бобовых растений. Растения обеспечивают бактерий местообитанием и пищей (сахара), получая взамен от них доступную форму азота. По пищевым цепям органический (входящий в состав органических молекул) азот передается от бобовых другим организмам экосистемы. В процессе клеточного дыхания белки и другие содержащие азот органические соединения расщепляются, азот выделяется в среду большей частью в аммонийной форме (NH4+). Некоторые бактерии способны переводить ее и в нитратную (NO3-) форму. Отметим, что обе эти формы азота усваиваются любыми растениями. Азот, таким образом, совершает круговорот как минеральный биоген. Однако такая минерализация обратима, так как почвенные бактерии постоянно превращают нитраты снова в газообразный азот.
В водной среде также существуют различные виды нитрофи-цирующих бактерий, но главная роль в фиксации атмосферного азота здесь принадлежит многочисленным видам способных к фотосинтезу сине-зеленых водорослей из родов Anabaena, Nostoc, Frichodesmium и др.
Круговорот азота четко прослеживается и на уровне деструкторов. Протеины и другие формы органического азота, содержащиеся в растениях и животных после их гибели, подвергаются воздействию гетеротрофных бактерий, актиномицетов, грибов (биоредуцирующих микроорганизмов), которые вырабатывают необходимую им энергию восстановлением этого органического азота, преобразуя его таким образом в аммиак.
В почвах происходит процесс нитрификации, состоящий из цепи реакций, где при участии микроорганизмов осуществляется окисление иона аммония (МН4+) до нитрита (NO2-) или нитрита до нитрата (NО3-). Восстановление нитритов и нитратов до газообразных соединений молекулярного азота (N2) или окиси азота (N2O) составляет сущность процесса денитрификации.
Образование нитратов неорганическим путем в небольших количествах постоянно происходит и в атмосфере: путем связывания атмосферного азота с кислородом в процессе электрических разрядов во время гроз, а затем выпадением с дождями на поверхность почвы.
Еще одним источником атмосферного азота являются вулканы, компенсирующие потери азота, выключенного из круговорота при седиментации или осаждении его на дно океанов.
В целом же среднее поступление нитратного азота абиотического происхождения при осаждении из атмосферы в почву не превышает 10 кг (год/га), свободные бактерии дают 25 кг (год/га), в то время как симбиоз Rhizobium с бобовыми растениями в среднем продуцирует 200 кг (год/га). Преобладающая часть связанного азота перерабатывается денитрифицирующими бактериями в N и вновь возвращается в атмосферу. Лишь около 10% аммонифицированного и нитрифицированного азота поглощается из почвы высшими растениями и оказывается в распоряжении многоклеточных представителей биоценозов.
Круговорот фосфора. Круговорот фосфора в биосфере связан с процессами обмена веществ в растениях и животных. Этот важный и необходимый элемент протоплазмы, содержащийся в наземных растениях и водорослях 0,01—0,1%, животных от 0,1% до нескольких процентов, циркулирует, постепенно переходя из органических соединений в фосфаты, которые снова могут использоваться растениями (рис. 12.17).
Рис. 12.17. Круговорот фосфора (по Ф. Рамаду, 1981)
Однако фосфор в отличие от других биофильных элементов в процессе миграции не образует газовой формы. Резервуаром фосфора является не атмосфера, как у азота, а минеральная часть литосферы. Основными источниками неорганического фосфора являются изверженные породы (апатиты) или осадочные породы (фосфориты). Из пород неорганический фосфор вовлекается в циркуляцию выщелачиванием и растворением в континентальных водах. Попадая в экосистемы суши, почву, фосфор поглощается растениями из водного раствора в виде неорганического фосфат-иона (РО43-) и включается в состав различных органических соединений, где он выступает в форме органического фосфата. По пищевым цепям фосфор переходит от растений к другим организмам экосистемы. Химически связанный фосфор попадает с остатками растений и животных в почву, где вновь подвергается воздействию микроорганизмов и превращается в минеральные ортофосфаты, а в дальнейшем происходит повторение цикла.
В водные экосистемы фосфор переносится текучими водами. Реки непрерывно обогащают фосфатами океаны. В соленых морских водах фосфор переходит в состав фитопланктона, служащего пищей другим организмам моря, в последующем накапливаясь в тканях морских животных, например рыб. Часть соединений фосфора мигрирует в пределах небольших глубин, потребляясь организмами, другая часть теряется на больших глубинах. Отмершие остатки организмов приводят к накоплению фосфора на разных глубинах. Отсюда следует, что фосфор, попадая в водоемы тем или иным путем, насыщает, а нередко и перенасыщает их экосистемы. Частичный возврат фосфатов на сушу связан с поднятием земной коры выше уровня моря. Определенное количество фосфора переносится на сушу морскими птицами, а также благодаря рыболовству. Птицы отлагают фосфор на отдельных островах в виде гуано.
При рассмотрении круговорота фосфора в масштабе биосферы за сравнительно короткий период можно отметить, что он полностью не замкнут. Механизм возвращения фосфора из океанов на сушу в естественных условиях совершенно не способен компенсировать потери этого элемента на седиментацию.
Круговорот серы. Существуют многочисленные газообразные соединения серы, такие, как сероводород H-S и сернистый ангидрид SO2. Однако преобладающая часть круговорота этого элемента имеет осадочную природу и происходит в почве и воде.
Основной источник серы, доступный живым организмам, — сульфаты (SO4,). Доступ неорганической серы в экосистеме облегчает хорошая растворимость многих сульфатов в воде. Растения, поглощая сульфаты, восстанавливают их и вырабатывают серосодержащие аминокислоты (метионин, цистеин, цистин), играющие важную роль в выработке третичной структуры протеинов при формировании дисульфидных мостиков между различными зонами полипептидной цепи.
Подробная схема круговорота серы приведена на рис. 12.18.
Здесь хорошо просматриваются многие основные черты биогеохимического круговорота.
1. Обширный резервный фонд в почве и отложениях, меньший в атмосфере.
2. Ключевую роль в быстро обменивающемся фонде играют специализированные микроорганизмы, выполняющие определенные реакции окисления или восстановления. Благодаря процессам окисления и восстановления происходит обмен серы между доступными сульфатами (SO4) и сульфидами железа, находящимися глубоко в почве и осадках. Специализированные микроорганизмы выполняют реакции: H2S ® S ® SO4 — бесцветные, зеленые и пурпурные серобактерии; SO4 ® H2S (анаэробное восстановление сульфата) — Desulfovibrio; H2S ® SO4 (аэробное окисление сульфида) — тиобациллы; органическая S в SO4 и H2S — аэробные и анаэробные гетеротрофные микроорганизмы соответственно. Первичная продукция обеспечивает включение сульфата в органическое вещество, а экскреция животными служит путем возвращения сульфата в круговорот.
3. Микробная регенерация из глубоководных отложений, приводящая к движению вверх газовой фазы H2S.
Рис. 12.18. Круговорот серы (по Ф. Рамаду, 1981)
4. Взаимодействие геохимических и метеорологических процессов — эрозия, осадкообразование, выщелачивание, дождь, абсорбация-десорбция и др. — с такими биологическими процессами, как продукция и разложение.
5. Взаимодействие воздуха, воды и почвы в регуляции кругом ворота в глобальном масштабе.
В целом экосистеме по сравнению с азотом и фосфором требуется меньше серы. Отсюда сера реже является лимитирующим фактором для растений и животных. Вместе с тем круговорот серы относится к ключевым в общем процессе продукции и разложения биомассы. К примеру, при образовании в осадках сульфидов железа фосфор из нерастворимой формы переводится в растворимую и становится доступным для организмов. Это подтверждение того, как один круговорот регулируется другим.
Все темы данного раздела:
Краткая история экологии
Слово «экология» образовано от греч. oikos, что означает дом (жилище, местообитание, убежище), и logos — наука. В буквальном смысле экология — это наука об организмах «у себя дома».
Экологии
Экология — одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Однако проникновение экологических идей практически во все разделы биологии зачастую ставит под сом
Методы экологических исследований
После работ А. Тенсли (1935), Г. Г. Винберга (1936), В. Н. Сукачева (1942), Р. Линдемана( 1942) и понимания, что экосистема является предметом экологии, методом ее исследований явил
Определение и структура биосферы
Космический корабль Земля уникален среди планет Солнечной системы. В тонком слое, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля, обитают удивительные объекты — живые сущест
Основные компоненты геосферы Земли
Показатели
Атмосфера
Гидросфера
Литосфера
Мантия
Ядро Земли
Глубин
Живое вещество биосферы
Длительное время считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспособляемость. О
Масса живого вещества в биосфере
Подразделения биосферы
Масса,т
Сравнение
Живое вещество
Атмосфера
Гидросфера
Земная кора
Элементарный состав звездного и солнечного вещества в сопоставлении с составом растений и животных
Химический элемент
Содержание, %
Звездное
вещество
Солнечное
вещество
Растения
Экологии Б. Коммонера
Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом или о
Организмов
Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.
Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенно
Факторов
Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других. Сочетание с разными факторами оказывает замет
Излучение: свет
Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На
Спектр солнечного света
Лучи Длина волны в микрометрах (мкм)
Ультрафиолетовые 0,06-0,39
Фиолетовые 0,39-0,45
Синие 0,45-0,48
Голубые 0,48-0,50
Зеленые 0,
И животных с участием света
Фотосинтез. В среднем 1—5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи.
Транспирация.
Температурный диапазон активной жизни на Земле, °С
Среда жизни
Максимум
Минимум
Амплитуда
Суша
Моря
Пресные воды
35,6
Устойчивостью к температуре
Стенотермные теплолюбивые
Стенотермные холодолюбивые
Рачок Thermosbaena mirabilis живет при температуре 45-48°С и поги
Оптимальные температуры для выращивания растений
Растение
Температура, °С
Дневная
Ночная
Фиалка африканская
Петуния
Ц
Влажность
Вода. В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Без воды нет жизни. Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено. Она является основной частью про
Адаптации к засушливым условиям у растений и животных
(по Н. Грину и др., 1993)
Адаптация
Примеры
Уменьшение потери воды
Л
И влажности
Рассмотрение отдельных факторов среды — это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим проблемам, дать сравнительную оценку важности р
Атмосфера
Как уже было отмечено ранее, наша планета Земля отличается от других планет наличием воздушной оболочки, атмосферы, атмосферного воздуха. Атмосферный воздух — смесь различных газов.
Топография
Топография (рельеф) относится к орографическим факторам и тесно связана с другими абиотическими факторами, хотя и не принадлежащими к таким прямодействующим экологическим факторам, как св
Прочие физические факторы
К прочим физическим факторам, окружающим живые организмы на Земле, относят главным образом атмосферное электричество, огонь, шум, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения.
Инверсия магнитного пола Земли за последние 600 тыс. лет
(по Е. М. Филиппову, 1990)
Европейская шкала (по данным различных авторов), тыс. лет
Шкала Конг Юсуци (по данным ана
ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литос
Водная среда жизни
Общая характеристика. Гидросфера как водная среда жизни занимает около 71% площади и 1/800 часть объема земного шара. Основное количество воды, более 94%, сосредоточено в морях и о
Потребность в кислороде у различных видов пресноводных рыб
Потребность в кислороде (cм2/л)
Виды рыб
7—11
5—6
4 0,5
Виды рыб холодны
Условия обитания организмов воздушной и водной среды
(по Д. Ф. Мордухай-Болтовскому, 1974)
Условия
обитания
Значение условий для организмов
воз
Почва как среда жизни
Общая характеристика. Почва— основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительну
Живые организмы как среда жизни
В течение всей жизни или части жизненного цикла многие виды гетеротрофных организмов обитают в других живых организмах, тела которых служат для них средой, значительно отличающейся
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В отличие от абиотических факторов, охватывающих всевозможные действия неживой природы, биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на други
Гетеротипические реакции
Клементс и Шелфорд (1939) взаимодействиям между различными организмами, населяющими данную среду, дали название коакций. Коакции подразделили на два типа.
Гомотип
Типы коакций, существующих между разными видами
(по Р. Дажо, 1975)
Типы коакций
Виды, живущие совместно
Виды, живущие раздельно
Зоогенные факторы
Живые организмы живут в окружении множества других, вступают с ними в разнообразные отношения как с отрицательными, так и положительными для себя последствиями, а в итоге не могут с
Прямые (контактные) взаимодействия между растениями.
Примером механического взаимодействия является повреждение ели и сосны в смешанных лесах от схлестывающего действия березы. Раскачиваясь от ветра, тонкие ветви березы ранят хвою ели,
Антропогенные факторы
Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и все
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ
Одно из фундаментальных свойств живой природы — это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми организмами на Земле существует связь
Внутренние, физиологические, ритмы
Внутренние, физиологические, ритмы возникли исторически. Ни один физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно. Обнаружена ритмичность в процессах синтеза ДНК и Р
Биологические часы
Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Механизм, ответственный за такую периодическую активность — будь то питание или размножение, — пол
Фотопериодизм
Фотопериод, или продолжительность дня, являющийся важнейшей характеристикой светового режима, неодинаков в течение года. Длина дня небезразлична для живых организмов. Это нашло отра
Понятие «жизненная форма» организма
Организмы и среда, в которой они обитают, находятся в постоянном взаимодействии. В результате возникает поразительное соответствие систем: организма и окружающей среды. Это соответс
Жизненные формы растений
Понятие о «жизненной форме» как совокупности приспо-собителъных признаков впервые ввел в 1884 г. один из основоположников экологии растений, датский ботаник Е. Варминг. По ег
Основные группы жизненных форм животных
(по Д. Н. Кашкарову, 1945)
I
1.
2.
а)
II.
1.
2.
III
1,
2.
3.
IV.
V.
Понятие о популяции
В природе каждый существующий вид представляет сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают в своем составе особей со специфическими чертами строения, ф
Величина радиуса индивидуальной активности животных
и растений (по А. В. Яблокову, А. Г. Юсуфову, 1976)
Вид
Радиус активности
Виноградная улитка
Численность и плотность популяций
Основными показателями структуры популяций является численность и распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. В связи с размерами ареала популяци
Рождаемость и смертность
Динамика численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости или плодовитости и смертности.
Рождаемость — это способность популяции к уве
Периоды и возрастные состояния в жизненном цикле растений
(по Н. М. Черновой, А. М. Быловой, 1988)
Периоды
Возрастные состояния особей
Принятое обозначение
Половой состав популяции
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение
Генетические процессы в популяциях
Начало генетического изучения популяций положила работа В. Иогансена «О наследовании в популяциях и чистых линиях», опубликованная в 1903 г., где экспериментальным путем была доказа
Рост популяций и кривые роста
Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция, как правило, будет расти. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля. При нулевом
Внутривидовые взаимоотношения
Многообразное население популяции постоянно взаимодействует между собой. Удовлетворение потребностей в питании, распределении кормовых угодий, выбор места для постройки гнезда, спар
Межвидовые взаимоотношения
Они могут быть безразличными, вредными или полезными для партнеров. При нейтрализме оба вида живут на одной территории, не вступая в отношения друг с другом, например, дятлы
Гомеостаз популяций
В природе численность популяций испытывает колебания. В связи с размерами ареала популяций может значительно изменяться и численность особей в популяциях. Так, у насекомых и мелких
ПОКОЛЕНИЯ
Рис. 10.17. Сопротивление среды (гго Б. Небелу, 1993)
Сопротивление среды сильнее всего действует на молодых особей, больше других страдающих от нападения хищников, болезней, недостатка во
Экологические стратегии популяций
Приспособления особей в популяции в конечном счете направлены на повышение вероятности выживания и оставление потомства. Среди приспособлений выделяется комплекс, называемый экологи
Понятие о биоценозе
Многообразные живые организмы встречаются на Земле не в любом сочетании, а в процессе совместного существования образуют биологические единства сообщества, или биоценозы.
Видовая структура биоценоза
Структура любо
Пространственная структура биоценоза
Пространственная структура биоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части — фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. Заселение организма
Отношения организмов в биоценозах
Разнообразные формы биотических отношений, в которые вступают те или иные виды в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и др.), определяют основные условия и
Экологические ниши
Экологической нишей называют положение вида, которое oi занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Экологич
Экологическая структура биоценоза
Биоценозы слагаются из определенных экологических групп организмов, выражающих экологическую структуру сообщества. Экологические группы организмов, занимая сходные экологические ниш
Пограничный эффект
Важнейшим признаком структурной характеристики биоцено-зов является наличие границ сообществ. Вместе с тем следует отметить, что они весьма редко бывают четкими. Как правило, соседн
Понятие об экосистемах
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно
Зональность макроэкосистем
Изучение географического распределения экосистем может быть предпринято только на уровне крупных экологических единиц — макроэкосистем, которые рассматриваются в континентальном мас
Структура экосистем
Как уже было отмечено ранее, в каждой экосистеме два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Совокупность организмов (растений, животных, микробов) наз
Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии по данным Т.А. Акимовой, В.В. Хаскина (1994), посылаемый солнцем к планете Земля, превышает 20 млн ЭДж в год. Из-з
Круговороты веществ
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологически
Поток энергии в экосистемах
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для
Структура пищевой цепи в морской экосистеме
(по Ф. Рамаду, 1981)
Трофический
уровень
Экологическая функция
Тип организма
Вид
Продуктивность экосистем
Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накап
Динамика экосистем
Сложение экосистем — динамический процесс. В экосистемах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Многообразные изменения, п
Биосфера как глобальная экосистема
Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера имеет подразделени
Эволюция биосферы
Э. И. Колчинский (1988) в эволюции биосферы выделяет следующие тенденции: постепенное увеличение общей ее биомассы и продуктивности; прогрессивное накопление аккумулированной солнеч
Ноосферу — сферу разума
С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы,
Понятие природы, природных ресурсов
Природа. В широком смысле природа — это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. Природа — совокупность естественных условий существования человеческого общества, н
Рост народонаселения
Нами ранее был рассмотрен вопрос о том, что человечество является частью биосферы, продуктом ее эволюции (глава 12.11). Однако взаимоотношения человека и природных сообществ никогда
Антропогенный материальный баланс
За последние сто лет произошли два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производств
Ресурсные циклы
Ресурсные циклы на основе использования возобновимых природных богатств
Ресурсные циклы на основе использования полезных ископаемых
Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов
Вид топлива
Геологические ресурсы
Разведанные извлекаемые ресурсы
Уголь, млрд т
Нефть, млрд т
Природн
Потоки энергии и круговороты веществ
Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается поч чти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн т топлива, используется 2 млрд м3 воды и 6
Воздействий
На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды в современную эпоху объективно влияют две группы факторов: первая — научн
И экологические катастрофы
Нерациональное природопользование является причиной экологических кризисов и экологических катастроф. Экологический кризис — это обратимое изменение равновесного состояния пр
Среды. Виды загрязнителей
Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающ
Окружающей среды
При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека — субъекта хозяйс
На разных видах топлива, г/кВт/ч
Выброс
Вид топлива
каменный уголь
бурый уголь
мазут
природный газ
Катастрофы
Серьезными факторами дестабилизации среды жизни человека становятся техногенные аварии и природные катастрофы. Многие ученые, специалисты указывают на усиление связи между ни
Экологическая ситуация
Экологическая ситуация — это локальное или региональное ухудшение окружающей среды, например, загрязнение вод, воздуха, деградации почв и т. д., рассматриваемое как общественно неоправданное
Структура и состав атмосферы
Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космичес
Атмосферного воздуха
Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение практически двух столетий задымлени
Последствия загрязнения атмосферы
Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от ве
Загрязнений атмосферного воздуха
Из всего сказанного выше очевидно, какое большое значение приобретают работы по очистке воздуха и его охране. Этими вопросами занимаются во всех странах с развитой промышленностью,
Основные сведения о гидросфере
Гидросфера — это совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь во
Распределение водных масс в гидросфере Земли
(по М. И. Львовичу, 1986)
Части гидросферы
Объем
(в тыс. км3)
% от общего объема
Роль воды в природе и жизни человека
Когда мы хотим подчеркнуть ценность чего-либо, мы обычно сравниваем с золотом. Белым золотом называют хлопок, зеленым — лес, черным — нефть. Величайшее богатство земли — хлеб — полу
Запасы пресной воды
Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или примерно 28,25 млн км3 (табл. 15.
Использование водных ресурсов
Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Следует повторить еще раз, что это было глубоки
Источники загрязнения воды
Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, —
Натр, а также с бумажных фабрик
Рис. 15.7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)
Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и избирател
Меры по очистке и охране вод
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей е
И жизни человека
Растения являются первоисточником существования, процветания и развития жизни на Земле и в первую очередь благодаря их свойству осуществлять фотосинтез. Фотосинтез протекает практич
Растительность
Человек своей деятельностью оказывает огромное влияние на растительность, как положительное, так и отрицательное. Как объект охраны растительность можно разделить на водную, почвенн
Лес — важнейший растительный ресурс
Лес входит в состав разнообразного растительного мира и представляет особую ценность. Это природный комплекс, состоящий из древесных растений одного или многих видов, растущих близк
Лес и деятельность человека
В процессе эволюции общества менялись характер и масштабы воздействия человека на лес, как и на природу в целом. Ученые полагают, что уже на стадии собирательства, охоты и рыболовст
Гибель лесных насаждений России в 1991 году
Причины гибели
Площадь, тыс. га
Всего
в т. ч. от:
- неблагоприятных погодных условий
- лесных пожаров
- повреж
Лес и туризм
С давних времен лес всегда привлекал к себе большое количество охотников, сборщиков ягод и грибов и просто желающих отдохнуть. С развитием в нашей стране массового туризма количеств
Меры по охране растительности
Растительные ресурсы планеты колоссальны и могут обеспечить существование значительно большего, чем в конце XX в. людей, домашних и диких животных, если эти ресурсы использовать раз
И редких видов растений
На территории России встречается множество растений, обладающих разнообразными полезными свойствами. Использование их в практических целях еще далеко не полно. Достаточно отметить,
И жизни человека
Животный мир представляет собой важную часть биосферы нашей планеты. Вместе с растениями животные играют исключительную роль
Животных, причины их вымирания
Органические остатки и другие доказательства свидетельствуют о том, что на Земле за прошедшие 500 млн лет произошло пять или шесть катастрофических вымирании преимущественно многочи
Меры по охране животных
В прошлом, когда влияние человека на численность и многообразие животных было значительно меньше, чем в наше время, охрана животных могла осуществляться и на основе интуитивных знан
Продовольственных ресурсов
Человек в сельскохозяйственной деятельности, используя земельные, водные, растительные, животные и энергетические ресурсы, обеспечивает себя в первую очередь пищей, оказывая на прир
Равновесие в природе
В течение многих веков человеку, созерцающему сельский пейзаж, казалось, что он приобщается к чему-то незыблемому, вечному. Это приносило ощущение спокойствия, умиротворения, незыбл
И биопродуктивность агроэкосистем
Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии — так называемая солнечная пос
Агроэкосистемах
Составными частями агроэкосистемы являются сельскохозяйственные угодья, на которых выращиваются зерновые, пропашные, кормовые и технические культуры, а также луга и пастбища. Основн
Агроэкосистем
В конце XX в. наиболее широкое распространение получило следующее определение ландшафта. Ландшафт — это имеющий естественные границы участок зеленой поверхности, в пределах котор
Основные показатели потенциала возобновимых ресурсов по некоторым типам равнинных ландшафтов европейской части России
(по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994)
Типы ландшафтов
Годовая солнечная радиация МДД, С/м2
Сумм
В агроэкосистемах
Известно, что естественные экосистемы проявляют значительное однообразие в общей реакции на случайные природные стрессы (действие низких температур, затопление, пожары, эпифитотии в
Интенсификации земледелия
Продуктивность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов. Часть из них, таких, как температурный режим, солнечная радиация, не регулируются человеком в открытом поле,
Проблема охраны земельных ресурсов
Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, с некоторой условностью можно разделить на
Альтернативное земледелие
Отрицательные последствия интенсификации земледелия способствовали развитию с начала 60-х гг. XX в. за рубежом, а в дальнейшем и нашей стране, альтернативного земледелия, которое ча
Рекультивация земель
Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и загрязнен почвенный покров, уничтожена растительность, называ
В агроэкосистемах
Луга и пастбища относятся к естественным кормовым угодьям. Термином «пастбище» называют кормовое угодье, которое используется для выпаса стад сельскохозяйственных животных. Луг или
Среда жизни человека
Для обозначения совокупности экологических условий широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания». При этом прежде всего подразумевается среда жизни человека.
Потребности человека
Потребности человека вытекают из его биосоциальной структуры. Ученые (Н.Ф. Реймерс, 1994 и др.) считают, человек не сводим ни к биологическому, ни к социальному. Индивидуум (личност
Среды на здоровье людей
Многие годы не существовало общепринятого представления о количественной связи между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения.
В 70-х гг. XX в., по дан
Число случаев на 100 тыс. человек
Город
Заболевание
Архангельск
Злокачественные новообразования
Число умерших на 100 тыс. человек) за 1990—1994 гг.
Причины смерти
1994 (оценка)
Инфекционные и паразитарные болез
Экологический риск
Большое принципиальное значение критических ситуаций, связанных с угрозой безопасности, здоровью, жизни людей со стороны факторов среды, считают Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (1994), им
Человек—природа
Ход исторических связей между природой и человеком по Н.Ф. Реймерсу (1994) приводит к одновременным переменам в природе и в формах хозяйства. Формы хозяйства, меняясь вследствие зат
Пути решения экологических проблем
Сбалансированное развитие человечества — путь к решению современных экологических проблем. Сбалансированное развитие, Международная комиссия по охране окружающей среды и развитию О
Курортные и лечебно-оздоровительные зоны
Экономический район
Число курортов
Лечебный профиль
Северо-Кавказский
Б, К, Г
Нормативы охранных зон природных объектов
Объекты
Расстояние от сохраняемых объектов, км
до зоны промышленных предприятий различных классов санитарной вредности
Международное сотрудничество
Международное сотрудничество в решении глобальных проблем взаимодействия общества и природы является объективной потребностью эпохи, условием существования и прогресса человечества.
И просвещение
Экологическое воспитание и просвещение (формальное и неформальное образование в области окружающей среды) — это формирование у человека сознательного восприятия окружающей природной среды
Прогнозирование
Человечество издревле стремилось узнать будущее. Египетские жрецы, оракулы Древней Греции и Рима, средневековые гадалки и астрологи, первые ученые-прогнозисты — от социальных утопис
Использование территории США
Природные ресурсы,
млн га
Годы
В решении экологических проблем
Надорганизменные системы (популяции, биоценозы, экосистемы, биосфера), изучаемые экологией, чрезвычайно сложны. В них возникает большое количество взаимосвязей, сила и постоянство к
Экологический мониторинг
Экологический мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменение состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности.
Термин «мо
Система наземного мониторинга окружающей среды
(по И. П. Герасимову, 1981 г.)
Блок мониторинга
Объекты
мониторинга
Характеризуемые показатели
Оценка качества окружающей среды
Важным направлением мониторинговых исследований является оценка качества окружающей среды.
Качество окружающей среды — это степень соответствия природных условий физ
Веществ в окружающей среде
Определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические нормативы, направленные в первую очередь на профилактику неблагоприятного воздействия
И паспортизация
Экологическая аттестация и паспортизация служат для документального описания эколого-экономических характеристик объектов природоохранной деятельности: территорий, территориально-пр
Экологическая экспертиза
При осуществлении мероприятий, связанных с воздействием на окружающую среду, природные экосистемы, здоровье людей, необходимо заранее, на уровне предпроектной или проектной документ
Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ
(ПДК) — количество вредного вещества в окружающей среде, отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента, которое при постоянном контакте или при воздействии в отдельный промежуток времени
Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки производственных сточных вод. — М.: Стройиздат, 1977. — 208 с.
Журавлев В. П. и др. Охрана окружающей среды в строительстве. — М.: Изд-во АСВ, 1995. — 328 с.
Заповедники СССР: Справочник/ Под ред. А. М. Бородина. — М.
Лаптев И. П. Сельское хозяйство и охрана природы. — М.: Колос, 1982. — 214 с.
Лархер В. Экология растений. — М.: Мир, 1978. — 384 с.
Ласкорин Б. Н. и др. Безотходные технологии в промышленности. — М.: Стройиздат, 1986. — 160 с.
CОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4
1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИИ.. 5
1.1. Краткая история экологии.. 5
1.2. Содержание, предмет и задачи экологии.. 16
1.3. Взаимосв
ЭКОЛОГИЯ
Оригинал-макет изготовлен в
"ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА"
Художник А.В. Лебедев
Лицензия ИД № 03562 от 19.12.2000
По
Новости и инфо для студентов