Антропогенные воздействия на экосистемы
Федеральное агентство по образованию
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Московский Государственный Строительный Университет
Авторы: А.С. Маршалкович, М.И. Афонина, Т.А. Алешина.
ЭКОЛОГИЯ - Конспект лекций.
Москва 2009
Введение.
Тема 1. Учение о биосфере и ее эволюции.
Тема 2. Основные законы и принципы экологии.
- Абиотические факторы воздушно-наземной среды.
- Абиотические факторы почвенного покрова.
- Абиотические факторы водной среды.
- Биотические факторы.
- Некоторые законы и понятия экологии.
- Закон ограниченности природных ресурсов. (правило одного процента)
- Понятие об экологической нише.
- Правило обязательного заполнения экологических ниш.
- Адаптация живых организмов к экологическим факторам.
- Популяция, ее структура и динамика.
- Структура водной и наземной экосистем.
- Гомеостаз и сукцессия экологической системы.
- Законы термодинамики.
- Антропогенные воздействия на экосистемы.
- Эвтрофикация и меры борьбы с нею.
- Атмосферные процессы.
- Кислотные осадки.
- Круговорот углерода. «Парниковый» эффект
- Круговорот азота.
- Круговорот серы.
- Круговорот фосфора.
- Круговорот радионуклидов.
- Круговорот токсичных элементов.
- Глобальные экологические проблемы.
- Загрязнения окружающей среды.
- Загрязнение гидросферы.
- Экологическая надежность и безопасность.
Список использованной литературы.
Антропогенные воздействия на экосистемы.
В течение тысячелетий многие культурные растения и одомашненные животные существенно изменились в результате селекции и гибридизации, однако суть земледелия осталась неизменной. С его развитием люди стали создавать свою собственную экосистему человека.
Это позволило человеку обеспечить себя стабильной пищей, а также перейти к разделению труда: одни продолжали крестьянствовать, а остальные могли посвятить себя другим видам деятельности.
Возникновение экосистемы человека позволило людям по меньшей мере в 10000 раз увеличить свою численность и расселиться по всей планете. Однако это не означает, что принцип лимитирующих факторов к экосистеме человека не применим. Просто способность человека мыслить и изготовлять орудия труда позволила ему (хотя бы временно) преодолеть действие обычных лимитирующих факторов (пища, вода, хищники и паразиты, подходящие места обитания, конкуренция с другими видами).
Преодолеть их действие человек смог:
- в изобилии производя продовольствие;
- создав водохранилища и подведя воду на поля и в населенные пункты;
- создав средства борьбы с хищниками и болезнетворными организмами;
- построив жилища (научившись их обогревать и охлаждать);
- выиграв в конкурентной борьбе с другими видами.
Поэтому всем нам надо тщательно контролировать свое воздействие на окружающую среду в целом и может быть изменить свое взаимодействие с ней. Нельзя забывать, что, во-первых, по закону лимитирующих факторов даже единственный фактор, не соответствующий зоне оптимума, уже приводит к стрессу и угрозе для организма, и во-вторых, изменение любого, биотического или абиотического фактора вызывает цепную реакцию с далеко идущими последствиями.
Сейчас человеческая экосистема находится в стадии быстрого роста, тем не менее мы не в состоянии ни изменить закона лимитирующих факторов, ни избежать их воздействия. В значительной степени мы поддерживаем собственное существование за счет эксплуатации водных, почвенных и энергетических ресурсов. Когда они истощаются, неизбежно будут социальные конфликты, войны и голод, чреватые разрушением цивилизации.
Общее число принципов, правил и законов экологии достаточно велико. Ю. Одум в книге «Основы экологии» перечисляет 66 основных экологических принципов и концепций. В экологическом энциклопедическом словаре приводится 50 научных законов, 38 правил и 36 принципов, связанных с экологией. Общее число экологических закономерностей достигает 250. Весь этот массив теоретических знаний, безусловно, интересен и необходим для специалистов. Но в рамках данного курса остановим внимание только на 4 законах экологии, сформулированных еще в 1926 г. Б.Коммонером. Они просты и в то же время достаточно точно определяют принципы, на базе которых можно строить гармонирующие с окружающей средой производство и потребление, обеспечивать экологическую безопасность социальных и экономических программ общества.
1. Первый закон: все связано со всем.
Закон утверждает, что все экологические системы являются взаимонастраивающимися и взаимоуравновешенными, обращает внимание на всеобщую связь процессов и явлений природы и близок по смыслу к закону внутреннего динамического равновесия.
В случае каких-то отклонений в каком-либо звене сложной экологической системы она в целом стабилизируется благодаря своим динамическим самокомпенсирующим свойствам. Однако диапазон возможных отклонений для каждой экосистемы имеет определенные границы, поэтому при сильных отклонениях может произойти ее разрушение. Допустимые отклонения, не приводящие к драматической развязке, определяются сложностью системы и ее кинематическими параметрами (скоростью круговорота, скоростью метаболизма различных популяций, входящих в экосистему, и т.п.). Чем сложнее экосистема, тем выше ее устойчивость к воздействию внешних факторов. Разрушение отдельных звеньев приводит к упрощению экосистем и к их большей "ранимости", так как в этом случае в экосистеме, напоминающей взаимоувязанные в сеть ячейки, нарушение дополнительных связей, соединяющих узлы сети, вызывает ее прогрессирующее ослабление.
Иллюстрацией разрушения экосистемы может служить нарушение процесса кислородного обмена в воде, вызываемого эвтрофикацией и связанного с повышенным содержанием в водоеме питательных веществ. Последние стимулируют рост водорослей, плотный слой которых начинает препятствовать проникновению в нижние слои воды света, необходимого для фотосинтеза. Количество отмирающих растений возрастает, и весь растворенный кислород уходит на их разложение, что приводит к гибели разлагающих водоросли бактерий, существование которых без кислорода невозможно.
Таких примеров в природе много. Как правило, разрушение какого-то одного звена является началом гибельной цепочки. Поэтому в своей хозяйственной деятельности человек должен стремиться сохранить равновесие в природных экосистемах. И первый закон природы нацеливает на это.
2. Второй закон: все должно куда-то деваться. Это следствие закона сохранения материи. Природа давно "осознала", что несоответствие между наличием и доступностью химических элементов в земной коре, с одной стороны, и потребностями живых организмов, с другой, породило в биосфере проблему дефицита некоторых элементов и привело к ограничению живого вещества на Земле.
Единственным выходом из этого положения оказалось использование биогенных элементов по типу круговоротов. В настоящее время биогенные элементы земной коры охвачены глобальными и локальными круговоротами, причем движущей силой являются сами живые вещества. Эффективность этих круговоротов очень высока. В природе продукты жизнедеятельности одних организмов служат "сырьем" для других. Человек находится практически в таком же положении, и объективно его хозяйственная деятельность должна быть построена по типу тех же круговоротов. Вместе с тем общество в этом плане действует весьма неэффективно. И если в природе практически нет отходов, то в хозяйственной деятельности человека они составляют, как отмечалось выше, 98—99 %. Технологические отходы из-за их огромных объемов и "чужеродности" "не вписываются" в природные экосистемы и загрязняют их.
Появление элементов, не участвующих в метаболизме, приводит к тяжелым последствиям. Ртуть, кадмий, ряд полимеров и многие другие элементы и соединения накапливаются по различным цепочкам в живых организмах, в том числе и в организме человека, что чрезвычайно опасно. Попав в организм, эти вещества могут вызвать самые неожиданные последствия, в том числе тяжелейшие заболевания и даже его гибель.
3. Третий закон: природа "знает" лучше. Пока мы не имеем абсолютно достоверной информации о механизмах и функциях природы, мы, подобно человеку, незнакомому с устройством часов, но желающему их починить, легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. Этот закон призывает к предельной осторожности. Один лишь математический расчет параметров биосферы требует безмерно большего времени, чем весь период существования нашей планеты как твердого тела. Потенциально осуществимое разнообразие природы оценивается числами порядка от 10¹ººº до 10²º. При быстродействии ЭВМ (10¹º операций в секунду) и работе невероятного числа машин (10¹º) операция вычисления одномоментной задачи варианта из 105º разностей займет 10³º секунд или 3-10²¹ лет, что почти в 10¹² раз дольше существования жизни на Земле. Природа пока знает лучше, что надо делать, а люди должны решать, как это сделать возможно лучше. Согласно этому закону, любое крупное антропогенное изменение природной системы вредно для нее, ибо система прошла несравненно более длительную эволюцию, чем период развития цивилизации, и усовершенствовалась до уровня тончайшего механизма, в котором любая деталь играет определенную и незаменимую роль.
4. Четвертый закон: ничто не дается даром. Б.Коммонер признавался, что позаимствовал этот закон из излюбленной экономистами сказки — легенды о неком нефтяном магнате, точнее о его мудром экономисте. Сказка о мудром экономисте гласит, что однажды один нефтяной магнат решил, что его новоиспеченное богатство нуждается в руководстве экономической науки, и тогда он приказал своим советникам под угрозой смерти создать ряд томов, содержащих всю мудрость экономики. Когда тома были готовы, у магната не хватило терпения читать их, и он отдал новый приказ — изложить все экономические знания в одном томе. И так эта история продолжалась до тех пор, пока от советников не потребовали, если они хотят жить, свести всю экономическую науку к одной единственный фразе. Таково происхождение закона "ничто не дается даром".
В экологии так же, как и в экономике, этот закон призван подчеркнуть, что в природе всякая вещь чего-то стоит, потому что любая экосистема представляет собой единое целое, в рамках которой ничего нс может быть потеряно: все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено. Платежа по этому векселю избежать нельзя — он может быть только отсрочен. За все нужно платить. Экологические счета имеют одну особенность — отсрочка их оплаты обходится очень дорого. Проценты приходится оплачивать жизнями и здоровьем людей, "страданиями" всей природной среды.
Исходя из перечисленных законов экологии хозяйственная деятельность человека не должна приводить к нарушению каких-то звеньев экосистемы, а если какие-то нарушения произошли, то они должны быть устранены. К счастью, есть альтернативный путь. Первые шаги по этому пути делаются. К ним относятся создание заповедных территорий, строгие правила землепользования, охрана природы, контроль за загрязнением среды.
Вопросы для самоконтроля:
- Понятие экосистема и биогеоценоз.
- Понятие об экологической нише.
- Что такое гомеостаз?
- Дать классификацию организмов, входящих в экосистему.
- Трофические и энергетические цепи в экосистемах.
- Сформулировать основные принципы функционирования экосистем.
- Сформулировать закон лимитирующих факторов.
- Объяснить механизмы действия законов Б.Коммонера.
