Прогноз изменения экологических систем под влиянием природных и антропогенных факторов (стр. 1 из 4)

Тема:

Прогноз изменения экологических систем под влиянием природных и антропогенных факторов

Введение

В середине XX века проблемы охраны окружающей среды и природных ресурсов обратили внимание мирового сообщества. Появились первые научно-аналитические труды, которые пробудили в обществе осознание негативных экологических последствий экономического развития.

Зародившись на почве полемики между сторонниками двух концепций развития земной цивилизации – технологической и биосферной, идея сбалансированного развития подвела человечество к ревизии основ его функционирования, выдвинув на первый план проблему перехода к иным формам общественной организации, которые обеспечили бы, прежде всего, его самосохранение.

1. Экологическая система

Термин "экосистема" впервые был предложен английским геоботаником А. Тэнсли в 1935 году, хотя возник значительно раньше, как идея единства организмов и среды; человека и природы.

Экосистема — основная функциональная единица экологии, включающая живые организмы (биотические сообщества) и абиотическую среду, причем, каждая из этих частей влияет на другую и обе необходимы для поддержания жизни в том виде, в котором она существует на Земле.

Экосистема — понятие довольно широкое и главное в нем то, что оно подразумевает обязательное наличие взаимоотношений, взаимозависимости и причинно-следственных связей между отдельными компонентами, рассматриваемыми как стабильное целое. Другими словами, внутри каждой такой системы происходит взаимообмен не только между организмами, но и между органическими и неорганическими компонентами. Размеры экосистем могут быть очень различными по размеру: (например, лужа такая же экосистема, как несколько гектаров леса). Самая хрупкая экосистема — биосфера, включающая постоянно взаимосвязанные все живые организмы Земли, земную кору, почву, океан и атмосферу. В результате эта система, получающая энергию от Солнца и переизлучающая ее в Космос, поддерживается в состоянии равновесия. Любая экосистема обособлена в пространстве, хотя и не имеет четких границ. Соседние экосистемы накладываются друг на друга, создавая зоны перехода (берег моря или озера, опушка леса и т. д.). Между двумя соседними экосистемами существуют связи и обмен, которые всегда уступают связям ям и обмену наблюдающимися между компонентами одной экосистемы.

Все компоненты экосистемы связаны обменом веществ и энергии, саморазвиваются и саморегулируются, но следует иметь ввиду, что экосистемой может быть только среда, где существует стабильность и четко функционирует внутренний кругооборот веществ. Различают микроэкосистемы (болотце, дерево, пенек с грибами), мезоэкосистемы (участок леса, озеро) и макроэкосистемы (континент, океан). Часто экосистему отожествляют с биогеоценозом.

Рис. 1. Схема строения биогеоценоза

Биогеоценоз — территориально или пространственно обособленная целостная элементарная единица биосферы, все компоненты которой тесно связаны друг с другом. Основное отличие экосистемы от биогеоценоза заключается в том, что последний имеет строго ограниченный объем, а экосистема может охватывать пространство любой протяженности. Таким образом, биогеоценоз — это совокупность, на известном протяжении, земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, растительности, животного мира, микроорганизмов, почвы и т. д.

Компоненты биогеоценоза: биотоп и биоценоз (рис.1). Биотоп — однородное по адиатическим факторам среды пространство, занятое биоценозом, т. е. место жизни вида, организма.

Биоценоз — общность организмов, которые живут в пределах одного биотопа (суши, воды, грунта и т. д.).

Понятие "биоценоз" чисто условное, так как вне среды обитания организмы жить не смогут, но введено оно для удобства исследования экологических процессов.

Экосистемы характеризуются:

—видовым, популяционным составом и количественным соотношением видовых популяций;

—распределением отдельных элементов в пространстве;

— совокупностью связей, и, в первую очередь, — цепей питания.

Сукцессиями (лат. successio — последовательность) называют процессы последовательной смены биоценозов, протекающих под влиянием разных факторов.

Объясним это на примерах. Когда озеро наполняется илом, оно постепенно превращается из глубокого в мелкое, затем — в болото, после чего в зеленый луг, на котором в дальнейшем вырастают кустарники и деревья.

Если в лесу находится заброшенное ржаное поле, то на нем возникают, сменяя друг друга, следующие биоценозы: однолетние сорняки и травы, кустарники, разрозненные деревья, лес.

Если в горах произошел оползень, то на обнаженной поверхности скалы сначала появляются лишайники, их сменяет моховый покров, затем вселяются травы и образуются луга, последние постепенно зарастают кустарником, наконец — появляются деревья и возникает лес, являющийся завершающим, конечным биоценозом.

Сукцессии наблюдаются также после уничтожения ранее существовавших биоценозов пожаром, наводнением, обвалом, распашкой, вырубкой леса и т. п. Во всех случаях замена одного временного биоценоза другим происходит в результате последовательного изменения внешних условий, с которыми взаимодействуют организмы.

Как правило, сукцессии характеризуются прогрессивными процессами: развивается почва, растительный покров, возрастает производительность биоценоза — синтез органического вещества на единицу площади. Смена биоценозов сопровождается увеличением их видового разнообразия: начальные биоценозы обычно включают небольшие и недолговечные растения, а в ходе сукцессии возникают биоценозы с более крупными и долгоживущими растениями. Конечные биоценозы потенциально могут сравнительно долго существовать без значительных изменений. Биоценоз, завершающий сукцессию, называется климаксом (от греческого klimax — лестница).

Чтобы биоценоз был стабильным, необходимо равновесие между рождаемостью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энергии. Такая константность системы, основанная на соответствии прихода — расхода, при наличии постоянного самообновления, получила название — динамичного равновесия или устойчивого состояния. Простейший пример — пруд, расположенный по руслу небольшой речки: вода в нем постоянно обновляется, но он сохраняет свои форму, площадь, глубину, комплекс растительных и животных организмов. Динамичное равновесие присуще всем уровням организации животных систем — от клетки до биоценозов и экосистем. Неблагоприятные внешние влияния могут нарушить это равновесие, что повлечет за собой перестройку или гибель всей системы.

Важное значение в экологии имеет понятие — трофических или пищевых цепей, благодаря которым осуществляется связь, а также обмен энергией и веществом между организмами в экосистеме. Пищевая цепь — перенос энергии пищи от ее источника (растений) через ряд организмов к другим организмам, путем поедания одних другими. При каждом очередном переносе — 80—90% потенциальной энергии теряется с отходами и переходит в тепло, что сводит возможное число этапов или „звеньев" цепи до четырех—пяти. Пищевые цепи тесно переплетены между собой, образуя пищевые сети. В экосистеме организмы, получающие свою пищу от растений через одинаковое число этапов, считаются принадлежащими к одному трофическому уровню. Так, зеленые растения занимают первый трофический уровень (продуценты), травоядные — второй (первичные консументы), хищники, поедающие травоядных — третий (вторичные консументы), а вторичные хищники — четвертый (третинные консументы). [1, с.12-13]

2. Влияние природных и антропогенных факторов на экосистемы

Основными компонентами биоценоза являются три группы организмов: растения, животные и микробы. Так, в экосистему леса входят все деревья, кустарники, травы, лишайники, грибы, животные, микроорганизмы, почва с ее обитателями, газы атмосферы и соли, растворенные в почвенной воде.

Экосистему озера или моря составляют все растения, животные и микробы водоема, вся водная масса, с растворимыми в ней веществами, грунты с органическими и минеральными частицами. Вещества движутся от одного компонента к другому, отражая известную общую закономерность круговорота веществ в природе и обеспечивая существование экосистем. Например, движение атмосферного кислорода. Все организмы потребляют его при дыхании, а выделяют кислород в реальных экосистемах круговорот обычно бывает незамкнутым, т. к. часть веществ уходит за пределы экосистемы, а часть поступает извне. Но в целом принцип круговорота в природе сохраняется. Более простые экосистемы объединены в общую планетарную экосистему (биосферу), в которой круговорот веществ проявляется в полной мере. Жизнь на Земле возникла около 3 млрд. лет назад. Если бы не было замкнутого потока необходимых для жизни веществ, запасы их бы давно исчерпались и жизнь прекратилась бы. [2, с.11-12]

Все вещества на планете Земля находятся в процессе биохимического круговорота. Выделяют два основных круговорота: большой (геологический) и малый (биотический).

Возврат химических веществ из неорганической среды через растительные и животные организмы обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии и химических реакций называется биохимическим циклом.

В круговороте веществ участвуют три группы организмов:

Продуценты (производители) — автотрофные организмы и зеленые растения, которые, используя солнечную энергию, создают первичную продукцию живого вещества. Они потребляют углекислый газ, воду, соли и выделяют кислород. К этой группе принадлежат некоторые бактерии хемосептики, способные создавать органическое вещество.

Консументы (потребители) — гетеротрофные организмы, питающиеся за счет автотрофных и друг друга. Редуценты (восстановители) — организмы, питающиеся организмами, бактериями и грибками. Скорость образования биологического вещества (биомассы), т. е. образование массы вещества в единицу времени, называют продуктивностью экосистемы. Круговорот энергии связан с круговоротом веществ. Наиболее характерен для процессов, происходящих в биосфере, круговорот углерода. Соединения углерода образуются, изменяются и разрушаются. Основной путь углерода — от углекислого газа в живое вещество и обратно. Часть углерода выходит из круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или в ископаемых горючих веществах органического происхождения (торф, каменный уголь, нефть, горючие газы), где уже; аккумулирована его основная масса, Этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте. Важную роль в; биосферных процессах играет круговорот азота. Фиксация его в химических соединениях происходит при вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе её ионизации, при сгорании материалов. Определяющее значение в фиксации азота имеют микроорганизмы. Соединения азота (нитраты, нитриты) в растворах поступают в организмы растений, участвуя в образовании органического вещества (аминокислоты, сложные белки). Часть соединений азота выносится в реки, моря, проникает в подземные воды. Из соединений, растворенных в морской воде, азот поглощается водными организмами, а после их отмирания перемещается в глубь океана. Одним из важнейших элементов биосферы является фосфор, входящий в состав нуклеиновых кислот, клеточных мембран, костной ткани, фосфор также участвует в малом и большом круговоротах, усваивается растениями. Различные вещества имеют разную скорость обмена в биосфере. К подвижным относят: хлор, серу, бор, бром, фтор. К пассивным— кремний, калий, фосфор, медь, никель, алюминий и железо. Круговорот всех биогенных элементов происходит на уровне биогеоценоза. От того, насколько регулярно и полно осуществляется круговорот химических элементов, зависит продуктивность биогеоценоза. [3, с.104-105]