Силина Елена Константиновна Московский государственный технический университет путей сообщения, Российская открытая академия транспорта 2011 рабочая программа
| Вид материала | Рабочая программа |
- Санкт-петербургский государственный университет путей сообщения министерство путей, 581.81kb.
- Л и с т федеральное агентство железнодорожного транспорта гоу впо «Московский государственный, 619.66kb.
- Рабочая программа для студентов IV курса специальности, 89.5kb.
- Рабочая программа для студентов VI курса специальности, 166.32kb.
- Методология оценки стоимости объектов недвижимости железнодорожного транспорта, 649.6kb.
- Учебное пособие москва 2011 фгб оу впо «московский государственный университет путей, 1445.09kb.
- Министерство путей сообщения российской федерации московский государственный университет, 586.08kb.
- Московский Государственный Университет Путей Сообщения 1999 2004 гг. Специальность, 56.96kb.
- Ушаков Денис Сергеевич Ростовский государственный университет путей сообщения рабочая, 853.88kb.
- Ушаков Денис Сергеевич Ростовский государственный университет путей сообщения рабочая, 523.24kb.
48.4. СООБЩЕСТВА И ЭВОЛЮЦИЯ. ПРИЧИНА ЭКОЛОГИЧЕСКИХ КАТАСТРОФ ПРОШЛОГО.
Облик современных сообществ сформировался в ходе эволюции, длившейся десятки и сотни миллионов лет. Сообщество как целостная система влияет на эволюцию своих составных частей - видов. Этим воздействием можно объяснить две важнейшие черты макроэволюции: направленность и неравномерность темпов.
Направленность эволюции - сохранение определенной тенденции в течение длительного времени в эволюции данной группы. Результат направленной эволюции - возникновение конвергенции и параллелизм. Именно в результате параллельной или конвергентной эволюции возникают экологические эквиваленты. Сходная черта сообществ определяет параллельную эволюцию видов: сообщество определенного типа представляет собой ограниченный набор возможных экологических ниш, которые могут занять виды в ходе эволюции.
Неравномерность темпов эволюции характерна для большинства крупных таксонов, хорошо изученных палеонтологами. Периоды медленной плавной эволюции чередуются с более короткими периодами быстрой менее направленной эволюции, в течение которых многие старые таксоны вымирают, а их место занимают новые. Периоды вымирания и последующего быстрого видообразования часто совпадают по времени в разных группах организмов, входящих в состав одних и тех же сообществ.
Преобладание медленной эволюции в историческом развитии таксонов объясняется влиянием сообщества на эволюцию его членов. Каждая популяция, входящая в состав сообщества, испытывает мощное и разнообразное воздействие популяций других видов. Это воздействие выступает в роли регулирующих факторов, снижающих темпы эволюции и ограничивающих ее возможные направления.
Любое сообщество регулирует условия среды, почти всегда делая их более стабильными. В более стабильной среде усиливается стабилизирующий отбор. Уменьшается изменчивость организмов -биотическая среда становится более предсказуемой, и стабилизирующий отбор еще более усиливается. Такая система с положительной обратной связью снижает вероятность крупных эволюционных изменений.
Другой механизм снижения темпов эволюции - снижение численности, В большинстве сложных сообществ биотические факторы, зависящие от плотности, стабилизируют численность популяций. При этом снижается влияние дрейфа генов.
Все эти механизмы позволяют сообществу регулировать эволюцию видов и длительно поддерживать устойчивость. Если механизмы устойчивости нарушаются, может начаться период быстрой эволюции, приводящий к разрушению сложившегося сообщества и его замене другим. Такие разрушения сообществ (экологические кризиса) неоднократно имели место в прошлом.
Экологические катастрофы прошлого, их причины и последствия.
Одна из экологических катастроф - смена наземных сообществ в середине мелового периода, связанная с широким распространением цветковых растений. Вытеснение сообщества голосеменных и появление на их месте цветковых вызвало крупные вымирания, а затем лавинообразное возникновение новых таксонов среди млекопитающих, рептилий и особенно среди насекомых.
К смене сообществ в ходе эволюции могут приводить внутренние факторы, например появление ценофобных видов, нарушающих сукцессию.
48.5 КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМАХ. ПРОДУКТИВНОСТЬ ЭКОСИСТЕМ.
Экосистема — не просто сумма популяций и условии существования среды, а система взаимодействий между ними. Благодаря этим взаимодействиям у экосистем появляются новые свойства, главное из которых -способность к самоподдержанию. Экосистемы самоподдерживаются благодаря круговороту веществ и потоку энергии.
В озеро поступает энергия в виде энергии солнечного света. Водные растения за счет световой энергии синтезируют органические вещества из углекислого газа и воды. Автотрофные организмы, способные к синтез) органических веществ из неорганических, по их роли в сообществе являются продуцентами (образователи).
Растения идут в пищу животным, которые сами неспособны к синтезу органики из неорганики. Такие гетеротрофы называются консументами (потребители).
Бактерии и грибы, играющие главную роль в разложении органики, называются редуцентами (разрушители).
Органическое вещество, образованное растениями, переходит в тела животных, а затем при участии бактерий вновь превращается в неорганические вещества, усваиваемые растениями. В экосистеме осуществляется круговорот веществ.
В синтезируемых продуцентами органических соединениях запасена энергия, полученная экосистемой от Солнца. Часть ее пойдет на нужды продуцентов - расходуется на транспорт веществ, процессы синтеза, рассеивается в виде тепла в ходе клеточного дыхания. Поэтому для консументов доступна лишь часть энергии, запасенная продуцентами. Еще меньшую часть энергии могут использовать консументы, питающиеся другими консументами. Часть энергии, рассеивая в виде тепла, не может быть использована в виде биомассы. Поэтому необходим постоянный приток энергии, чтобы сообщество могло существовать.
48.6 БИОМАССА И ПРОДУКЦИЯ. ПРОДУКТИВНОСТЬ ОСНОВНЫХ ЭКОСИСТЕМ.
Биомасса и продукция - показатели, лежащие в основе жизнеобеспечения сообществ и человечества как части биосферы.
Биомасса, или урожай на корню, - масса органического вещества, заключенного в телах живых организмов на единице площади. Биомасса может быть как живой, так и мертвой.
Продукция - прирост биомассы за единицу времени. Различают первичную и вторичную продукцию.
Первичная продукция - органическое вещество, которое образуют продуценты в процессе фотосинтеза или хемосинтеза.
Вторичная продукция - биомасса, образуемая за единицу времени всеми редуцентами и консументами.
Лишь часть энергии света, получаемой земной поверхностью используется растениями. Из коротковолнового излучения Солнца только 44% относится к фотосинтетически активной радиации (ФАР). Часть света падает на поверхность, лишенную растительности, а свет попадающий на растения, частично улавливается хлоропластами. Лишь менее 25% энергии ФАР первоначально накапливается в виде органического вещества растений. Это запасенная энергия - валовая первичная продукция (ВПП). Значительный процент ВПП расходуется на дыхание самими растениями: в лесах умеренной зоны - 50-60%, а в тропических лесах - до 80%. Оставшаяся часть энергии доступная консументам - это чистая первичная продукция (ЧПП).
Ученые определили среднюю продуктивность наземных и водных сообществ.
48.7 ТРОФИЧЕСКИЕ УРОВНИ. ПИРАМИДЫ ЧИСЛЕННОСТИ, БИОМАСС И ЭНЕРГИЙ.
Цепи питания - ряд видов или групп, каждое предыдущее звено в котором служит пищей следующему. Одноклеточные планктонные водоросли поедают животные - фильтраторы. Их в свою очередь потребляют хищные личинки комаров. Этими личинками питаются некрупные рыбы, напр. плотва, которая становится добычей щуки. Такая последовательность питающихся друг другом организмов называется трофической цепью.
Составляющие эту цепь популяции относятся к разным трофическим уровням:
- первый трофический уровень - продуценты - растения,
- второй - питающийся ими - консументы 1 порядка -растительноядные,
- третий - консументы 2.3 -го порядка - плотоядные т. д. Экологическая пирамида или пирамида (цепь) биомасс - соотношение между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме, выраженное в их весе и изображенное в виде графической модели.
В наземных системах абсолютная масса продуцентов больше, чем консументов, консументов больше, чем редуцентов. В некоторых водных системах может быть наоборот. Аналогичным образом в экосистемах представлена пирамида энергий.
Соотношение численностей, биомасс и продукций (потоков энергии) популяций, относящихся к последовательным трофическим уровням, называют экологической пирамидой.
Наиболее разнообразны пирамиды численностей. В сообществе планктона численность продуцентов обычно в десятки и сотни раз больше численности консументов, а в лесу тысячи консументов (насекомые, клещи, нематоды) могут питаться одной крупной особью дерева - продуцента.
Биомасса продуцентов в большинстве случаев максимальна, а биомасса организмов каждого последующего уровня меньше предыдущего. Однако в некоторых сообществах биомасса консументов 1-го порядка бывает больше биомассы продуцентов.
Пирамиды потоков энергии никогда не бывают "перевернутыми": следующий трофический уровень может пропустить через себя лишь часть энергии, усвоенный предыдущим уровнем.
Правило десяти процентов:
Продукция следующего трофического уровня обычно меньше 10% от предыдущего, 90% и более составляет не использованная, не усвоенная и израсходованная на дыхание энергия.
На каждом этапе пищевой цепи теряется 90% энергии, то есть 10% пищи переходит во вновь построенное вещество тела животного. Таким образом, масса организмов на каждой ступени пищевой цепи должна примерно в 10 раз превышать массу организмов на следующей ступени.
Именно поэтому трофические цепи не могут быть длинными. Консументы 4 и 5-го порядков всегда имеют очень низкую биомассу и продукцию: ведь они могут использовать не более 0,01 - 0,001% от ЧППП.
48.9 ТРОФИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И ТРОФИЧЕСКИЕ СЕТИ.
В любом сообществе кроме консументов, питающихся биомассой есть потребители детрита - животные - детритофаги (бактерии, грибы).
Пищевые цепи потребителей мертвой органики называют детритными, а цепи, где пищей служит живая органика – пастбищными.
Детритпые пищевые цепи играют важную роль в сообществах. Например, в лесу биомасса и продукция населения почвы в 10 раз больше, чем животных надпочвенных ярусов. Во многих наземных сообществах до 98% всей вторичной продукции дают редуценты - микроорганизмы. Во всех сообществах планеты па долю редуцентов приходится более половины вторичной продукции.
Детритные пищевые цепи бывают довольно длинными. Животные пропускают детрит через кишечник, измельчают его: их экскременты служат благоприятной средой для развития бактерий и грибов. Многие животные-детритофаги поедают не столько мертвую органику, сколько поселившиеся на ней бактерии и грибы. В детритные цепи могут входить и хищники. Например: мертвые ткани растений - грибы - многоножки кивсяки - их экскременты-грибы - ногохвостики - хищные клещи - хищные многоножки - их трупы -бактерии.
В природе существуют трофические цепи, в которых многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. Один и тот же организм может питаться консументами 1 и 2-го порядка; многие животные едят живые и отмершие растения.
Благодаря сложности трофических связей выпадение какого-то одного вида почти не сказывается на сообществе. Пищу исчезнувшего вида начинают потреблять другие пользователи, питавшиеся им виды находят новые источники пищи, и в целом в сообществе сохраняется равновесие.
- КРУГОВОРОТЫ ВЕЩЕСТВ В ЭКОСИСТЕМАХ.
Пути вещества и энергии в экосистемах в значительной степени совпадают.
Круговорот веществ никогда не бывает полностью замкнутым: органические и неорганические вещества частично выносятся за пределы сообщества, и в тоже время их запасы пополняются за счет внешних источников. Вещества могут вымываться и выноситься водой и ветром, поступать в атмосферу в виде газов, покидать сообщество при миграции организмов. В сообщество вещество поступают с осадками, пылью, при биологической фиксации атмосферных газов, и др.
Круговорот азота был подробно изучен в лесных экосистемах. Поступление и вынос азота невелики по сравнению с его количеством, включенным в круговорот. Наиболее важный источник поступления азота - биологическая азотфиксация. Лишь небольшой процент азота содержится в почве в виде доступных для растений растворенных неорганических веществ. Основная часть азота находится в составе органических веществ и химически связана с частицами почвы.
Когда лес вырубают, увеличивается сток воды с данного .участка, что приводит к разрушению почвы. При этом вынос водой азота в виде нитратов увеличивается в десятки раз. В результате резко снижается плодородие почвы.
Сообщества резко отличаются по содержанию азота в надземной и поземной биомассе растений и в мертвом органическом веществе. В холодных районах азот и другие биогенные элементы накапливаются в медленно разлагающейся мертвой органике. В тропиках мертвая органика быстро разлагается, основная доля биогенных элементов заключена в биомассе растений. Поэтому вырубка экваториальных лесов эквивалентна потери биогенных элементов. Земледелие на освободившихся землях требует использования большого количества минеральных удобрений, а для восстановления продуктивности естественным путем может потребоваться несколько столетий.
Нарушение круговорота на любом из этапов непременно окажет воздействие на все остальные этапы. При этом может возрастать потеря биогенных элементов, и в результате снижается продуктивность сообщества.
49. БИОСФЕРА И МЕСТО В НЕЙ ЧЕЛОВЕКА
49.1 ПРИНЦИПЫ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ БИОСФЕРЫ
В естественных экосистемах использование ресурсов и избавление от отходов осуществляется благодаря круговороту элементов - углерода, фосфора, азота, воды и др. Наличие круговорота делает биосферу единой.
Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно.
Экосистеме присуща способность саморегулирования, что делает ее достаточно устойчивой, пластичной к возможным воздействиям.
Однако процессы саморегуляции не беспредельны. Появление человека коренным образом изменило состояние отдельных экосистем и биосферы в целом. В 20 пеке человек стал главной силой, преобразующей биосферу.
Только за один год добыча горных пород из недр планеты достигает 150 млрд. т, в процессе распашки почв перемещается масса земли в 20 раз, превосходящая снос в моря и океаны текущими водами и в 3 раза - количество вулканических продуктов за этот срок.
Масштабы воздействия человека на биосферу стремительно возрастают, он оказывает существенное влияние на климат, гидрологический режим на огромных территориях, растительный и животный мир. В хозяйственной деятельности происходят нарушения основных принципов существования биосферы, и в результате появляются экологические проблемы.
Биосфера едина, поэтому нарушение ее в одной точке может пагубно сказаться вдали от нее. Воздушные и океанические течения переносят на значительные расстояния многие токсичные элементы, вызывая загрязнения обширных территорий. Скандинавские страны находятся под большим влиянием выбросов вредных веществ промышленностью Германии. Выбросы собственного производства здесь невелики, однако леса, озера сильно изменены под влиянием трансграничного переноса. В крови пингвинов в Антарктиде обнаружен пестицид ДДТ, хотя он никогда не применялся на материке, он вынесен с полей, через реки и моря в океан, где попал в организм рыб, которыми питаются пингвины. Отдельные виды птиц на Атлантическом побережье, например, буревестники исчезли по той же причине.
Биологические системы Земли имеют замкнутый безотходный круговорот веществ. Хозяйственная деятельность человека создает огромное количество отходов, которое природа не в состояние переработать.
Человек умеет синтезировать 10 млн. веществ и производит в больших масштабах - 50 тысяч, а в особо крупных - 5 тыс. веществ. Новые созданные человеком вещества выбрасываются в атмосферу, водные источники, почву. Эти соединения абсолютно чужды природе. Возникает проблема загрязнения среды, сохранения и утилизации промышленных, бытовых и радиоактивных отходов.
Биосфера является саморегулирующейся системой, но влияние человека может привести катастрофическим изменениям. Повышение уровня радиации приводит к увеличению мутаций живых организмов (уродства, наследственные заболевания, потерн ценных наследственных признаков).
На низких ступенях развития человеческого общества взаимодействие человека с природным окружением носило локальный характер, но с ростом численности населения, расселения его по поверхности Земли остается все меньше территорий, не охваченных деятельностью человека.
Особенно обострилась проблема взаимоотношений хозяйственной деятельности человека с природой в 60 -70-е годы 20-го века, когда резко возросли объемы промышленной и сельскохозяйственной продукции, добычи природных ресурсов. Все быстрее увеличивалась численность населения нашей планеты. Нагрузки на отдельные экосистемы планеты и биосферу стали ощутимыми. Во всем мире заговорили об экологическом кризисе, под которым понимают превышение возможностей природы к саморегулированию, нарушение устойчивых связей между отдельными компонентами экосистем, угрозу потери природных ресурсов. В результате происходит увеличение заболеваемости и смертности населения. Человечество оказалось перед угрозой разрушения среды своего обитания.
В эти годы стали закладываться основы экологического движения в мире, формироваться научная концепция развития человечества с учетом экологического фактора. С этой целью был создан Римский клуб - международная неправительственная некоммерческая организация, объединяющая ученых, общественных деятелей, деловых людей многих стран.
Предостережением человечеству является вывод сделанный членами клуба: если не изменить существующие тенденции роста численности населения, истощения ресурсов, загрязнения среды, то уже в ближайшие годы может начаться серия локальных экологических катастроф.
В 1992 году в Рио-де -Жанейро на конгрессе клуба было отмечено, что центры загрязнения стремительно перемещаются в развивающиеся страны, продолжается разбазаривание ресурсов, накапливание токсичных веществ, нарушающих среду обитания и здоровье людей.
Для обеспечения устойчивого развития мира необходимы:
- контроль над развитием демографических процессов и чрезмерным ростом населения;
- сокращение расхода природных ресурсов, эффективное их использование;
- сохранение чистоты окружающей среды путем ослабления влияния на нее важнейших производств и видов хозяйственной деятельности.
Рациональное природопользование
| Природа | ||
| В широком смысле слова Все сущее в бесконечном проявлении (Вселенная, Материя, Бытие). | Окружающая среда Включает часть Солнечной системы, поверхность Земли, ее недра и созданный человеком материальный мир Естественная среда обитания - включает неживую и живую части природы: геосферу и биосферу. Искусственная среда обитания - все, что является продуктом человеческой деятельности | В узком смысле слова: Относительно противоположная обществу природа (на Земле -географическая среда) |
49.2 ПРИРОДНЫЕ РЕСУРСЫ
Для устойчивого развития природы и общества необходимо изучать природные ресурсы и определять оптимальные пути их эксплуатации.
Природные ресурсы - вещества и энергия природы, которые используются в хозяйственной деятельности человека для удовлетворения потребностей.
Часть ресурсов является источником существования людей - плодородие почв, рыба в водоемах, животные в лесах и степях. Другая его часть является источником получения энергии или различных видов продуктов - нефти, древесины, угля, воды и т. д.
Классификация природных ресурсов:
1. исчерпаемые - возобновляемые (растительность, водные, земельные ресурсы), невозбновляемые (минеральное сырье, топливно-энергетические ресурсы);
2. неисчерпаемые (солнечная энергия, энергия ветра, энергия приливов).
Природопользование включает в себя следующие виды деятельности: извлечение и переработку природных ресурсов, их возобновление или воспроизводство;
- охрану природы, территорий, на которых ведется разработка природных ресурсов;
- организационно-экономические формы и учреждения,
- связанные с освоением, использованием и воспроизводством природных ресурсов.
Рациональное природопользование - это система деятельности, призванная обеспечить экологизацию эксплуатации природных ресурсов, наиболее продуктивный режим их воспроизводства с учетом интересов общества. Оно должно быть связано с воспроизводством изъятых ресурсов, при нем не должно происходить загрязнения и деградации природы в результате выбросов вредных веществ в атмосферу, в поверхностные и грунтовые воды, не должны допускаться потери почв, растительности и животных.
Для претворения в жизнь рационального природопользования разработана система мер:
- экономических - система налогов и штрафов, при которых становится невыгодным нерационально использовать ресурсы;
- технологических - предусматривают разработку
- природоохранных и ресурсосберегающих технологий и техники;
- санитарно-гигиенических - не допускают загрязнения среды и отрицательных воздействий на здоровье человека.
Природопользование включает в себя сохранение природного фонда планеты, видового разнообразия без чего невозможно экологическое равновесие биосферы.
Сохранение природного потенциала возможно с помощью создания сети природоохраняемых территорий, заповедников, национальных парков. Рациональное природопользование включает охрану ресурсов, охрану живой природы, сохранение качества окружающей среды, оно должно учитывать ряд законов и закономерностей природы.
Так согласно закону внутреннего динамического равновесия, любое изменение среды неизбежно приводит к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации производимых изменений или формированию новых природных систем.
С точки зрения закона оптимальности не оправдано создание огромных территорий сельскохозяйственной культуры, это может привести к функциональным срывам (нпр. к климатическим переменам, массовым размножением насекомых- вредителей и т. д.)
Устойчивость любой системы осуществляется в результате того, что она распадается на части, если не в пространстве, то во времени. Вследствие этого в северной лесной полосе даже при относительной бедности элементов возникают территориальные смены сообществ - в долинах реках, на водоразделе, в степи. Имеют место и сезонные изменения.
В природопользовании закон оптимальности предполагает разбивку общего пахотного клина на индивидуальные поля, засев различными культурами и в разное время. Этот закон должен учитываться при районных планировках, составлении планов землепользования.
При создании городских ландшафтов, в рекреационном природопользовании важно учитывать закон географического разнообразия.
Законы экологии Б. Коммонера
В настоящее время широко распространены четыре закона экологии, сформулированные американским экологом Барри Коммонером:
все связано со всем;
все должно куда-то деваться;
ничто не дается даром;
природа знает лучше.
Первый закон Коммонера близок к закону внутреннего динамического равновесия.
Действие второго закона - одна из главных причин кризиса окружающей среды - огромное количество веществ (нефти, руды, пустых пород) извлечены из Земли, преобразованы в новые соединения и рассеяны в окружающей среде.
Согласно третьему закону все, что извлечено из природы, должно быть возмещено, платежей по этому векселю невозможно избежать, он может быть только отсрочен.
Четвертый закон Коммонера говорит о том, что пока нет абсолютно достоверной информации и механизмах и функциях природы, мы легко вредим природным системам, пытаясь их улучшить. В этом вопросе необходима предельная осторожность.