Поступательные изменения или экологические сукцессии

Конспект лекций по Экологии

Лекция 1.

Общие понятия экологии.

Глобальный экологический кризис

Слово "экология" образовано от греческого ойкос, что означает " дом" или "жилище". В буквальном смысле экология -это наука об организмах "у себя дома". Обычно экологию определяют как науку об отношениях организмов или групп организмов к окруждющей среде, или как науку о заимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания. Поскольку экология занимается преимущественно биологией групп организ­мов и функциональными процессами на суше, в море и в пресных водах, определение этой области исследований как науки о структуре и функциях природы будет более соответствовать ее современному направлению, причем человечество рассматривает­ся как часть природы. Для последних десятилетий ХХ в. особе­нно подходит одно из определений, данных в полном словаре Уэбстера, а именно: "Предмет экологии - это совокупность или структура связей между организмами и их средой". Для "долго­срочного" употребления лучшим определением этого обширного по объему понятия будет, по-видимому, наиболее краткое и на­именее специальное, а именно "биология окружающей среды" (environmental biology).

КОНЦЕПЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ

Определения.

Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение нераздельно связаны друг с другом и находятся в постоянном взаимодействии. Любое единство, включающее все организмы (т.е. "сообщество") на данном участке и взаимодействующее с физической средой таким образом, что поток энергии создает четко определенную трофическую структуру, видовое разнообра­зие и круговорот веществ (т.е. обмен веществами между биоти­ческой и абиотической частями) внутри системы, представляет собой экологическую систему, или экосистему. С точки зрения трофических (от греч. трофе - питание) отношений экосистема имеет два компонента (которые обычно частично разделены во времени и пространстве): 1) автотрофный компонент (автотроф­ный - самостоятельно питающийся), для которого в основном характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ и построение сложных веществ, и 2) гетеротрофный компонент (гетеротрофный - питаемый другими), для которого характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ. Для удобства описания целесообразно выде­лять в составе экосистемы следующие компоненты: 1) неоргани­ческие вещества (C, N, CO, H O и т.д.), включающиеся в кру­говороты; 2) органические соединения (белки, углероды, липи­ды, гуминовые вещества и т.д.), связывающие биотическую и абиотическую части; 3) климатический режим (температура и другие физические факторы); 4) продуценты - автотрофные ор­ганизмы, главным образом зеленые растения, которые способны создавать пищу из простых неорганических веществ; 5) макро­консументы, или фаготрофы (от греч. фагос - пожирающий), - гетеротрофные организмы, главным образом животные, которые поедают другие организмы или частицы органического вещества;

6) микрокунсументы, сапротрофы (от греч. сапро - разлагать), или осмотрофы (от греч. осмо - проходить через мембрану), гетеротрофные организмы, преимущественно бактерии и грибы, которые разрушают сложные соединения мертвой протоплазмы, поглощают некоторые продукты разложения и высвобождают неор­ганические питательные вещества, пригодные для использования продуцентами, а также органические вещества, способные слу­жить источниками энергии, ингибиторами или стимуляторами для других биотических компонентов экосистемы. Первые три группы неживые компоненты, а остальные составляют биомассу (живой вес).

Один из самых общих признаков экосистем -наземных, пресноводных или морских, создаваемых человеком или природ­ных, - взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонен­тов. Очень часто эти организмы и осуществляемые ими функции в определенной степе­ни разделены в пространстве, располагаясь в виде ярусов, од­ни над другими: автотрофный метаболизм наиболее интенсивно происходит в верхнем ярусе - "зеленом поясе", т.е. там, где наиболее доступна световая энергия, а гетеротрофный метабо­лизм преобладает внизу, в почвах и отложениях - "коричневом поясе", в котором накапливается органическое вещество. Функ­ционирование автотрофов и гетеротрофов частично разделено также во времени: использование продукции автотрофных орга­низмов гетеротрофами может происходить с существенной задер­жкой. Например, в лесной экосистеме фотосинтез превалирует в листовом пологе. Лишь часть продуктов фотосинтеза, часто ве­сьма небольшая, немедленно и непосредственно используется растением и гетеротрофами - фитофагами и паразитами, питаю­щимися листвой и молодой древесиной. Большая часть синтези­рованного вещества (в форме листьев, древесины и запасных питательных веществ в семенах и корнях) в конце концов попа­дает в подстилку и почву, образующие вместе четко определен­ную гетеротрофную систему.

Такое пространственно-временное разделение процессов позволяет подразделить потоки энергии на два типа: 1) паст­бищный, в котором происходит прямое потребление живых расте­ний или их частей, и 2) "детритный", в котором идет накопле­ние и разложение мертвого вещества. Термин "детрит" ("продукт распада", от лат. deterere - изнашиваться) заим­ствован из геологии, где им обычно обозначают продукты раз­рушения горных пород.

Абиотические компоненты лимитируют и регулиру­ют существование организмов. В качестве общего принципа мож­но указать, что в операциональном смысле живые и неживые ча­сти экосистемы настолько тесно связаны природой в одно це­лое, что разделить их трудно (отсюда операциональные класси­фикации, в которых не проводится резкого различия между био­тическим и абиотическим). Большинство биогенных веществ (С, Н, О, N, P и т.д.) и органических соединений (углеводороды, белки, жиры и т.д.) не только встречаются как в организмах, так и вне их, но и образуют непрерывный поток между живым и неживым.

Поступательные изменения или экологические сукцессии

Изменения, вызванные как экзогенетическими (внешними) так и эндогенетическими (внутренними) причинами могут привести к поступательным изменениям – смене одного биоценоза на другой. Эти изменения включают в действие механизм последовательной смены определенных состояний экосистемы, характерный для данной зоны, данного местообитания и особенностей предшествовавшего биоценоза.

Экологическая сукцессия – последовательная, необратимая смена биоценозов. Например, луговая экосистема не будучи использована под сенокос, пастбище или как газон она через 5-10 лет зарастает кустарником под пологом которого сохраняются всходы деревьев. Со временем они составят доминирующие популяции и образуется лес, типичный для данных почвенно- климатических условий.

Вторичной сукцессией считаются также процессы аналогичные, например постепенному зарастанию озера и превращению его в болото, а затем и в лес.

Очевидно, что антропогенные экосистемы, заброшенные по какой-либо причине человеком в результате вторичной сукцессии постепенно превращаются в одну из экосистем типичных для данного местообитания. Так, заброшенная после аварии на ЧАЭС пашня постепенно превращается в лес. Пройдут столетия и будут поглощены биотой оставленные дороги, здания и сооружения.

Вторичная сукцессия не входит в систему чрезвычайного реагирования, т.к. в ее истоках лежит более сильное действие.

Первичные сукцессии протекают не только в естественных условиях, но и в антропогенных экосистемах в местах значительных техногенных катастроф, на разработках полезных ископаемых, при проведении крупных строительных мероприятий и т.п.

В случае частичного повреждения экосистемы или изменении в ней метаболизма вследствие естественных, внутренних причин или при вмешательстве человека возможна вторичная сукцессия.

Например, при повреждении участка естественного луга в нашей зоне во время сельскохозяйственных, строительных или иных работ, сопровождающихся уничтожением существующей травянистой растительности, в течение последующих одного-двух лет активно формируется ценоз из однолетних двудольных растений (т.н. сорняки), затем два-три года преобладают многолетние двудольные растения, за ними образуется сложное сообщество из корневищных и иных злаков. Этот процесс определен особенностями экотопа и являющаяся результатом саморазвития экосистемы.

В основе сукцессионных изменений на каждом этапе развития экосистемы лежит неполнота биологического круговорота, связанная с несоответствием изъятия и возвращения в окружающую среду биогенных элементов.

Первичные сукцессии возможны на местах, где отсутствовал или уничтожен биоценоз, т.е. процесс его развития начинается с единичных представителей пионерских видов и отмечается, как правило, временной длительностью.

Например, к первичным сукцессиям относятся процессы обрастания горных скал. Они осуществляются в виде образования серий сообществ, последовательно сменяющих друг друга.

Так, вначале на скале поселяются накипные лишайники с соответствующей фауной мелких насекомых – т.н. пионерные виды. Затем на погребенных лишайниках и образовавшемся мелкоземе появляются некоторые виды мхов, усиливается почвообразующая деятельность микроорганизмов, увеличивается количество видов насекомых, появляются некоторые виды беспозвоночных. Следующий этап – появление сосудистых растений, образование почвы, активное развитие наземной и почвенной фауны. Заканчивается обрастание скал образованием леса со специфическим почвенным покровом и иным чем прежде набором видов продуцентов консументов и редуцентов, внешних факторов, которые не только кратковременно вышли за границы толерантности биологических объектов, но и уничтожили их частично или полностью, повлияв на биогенную миграцию в экосистеме.

 

Экологические кризисы.

Кризис - одно из состояний среды, природы или биосферы в це­лом. Ему предшествуют или за ним следуют другие состояния и сопутствующие им экологические ситуации.

Под экологическим кризисом понимают изменении биосфе­ры или ее частей на значительном пространстве, сопровож­дающиеся трансформацией среды и систем в целом it новое качество. В настоящее время термин «кризис» используется также часто, как термины «загрязнение среды», дефицит ресурсов.

Биосфера неоднократно переживала острые кризисные периоды, обусловленные чисто природными явлениями. Наиболее известен кри­зис, который имел место в копне мелового периода (70- 100 млн. лет назад), когда в геологически короткий промежуток времени вымерли пять отрядов рептилий (динозавры, птерозавры, ихтиозавры и др.), включавшие не менее 35 семейств и большое количество видов.

Кризисные явления неоднократно вызывались изменениями кли­мата и сопутствующими ему оледенениями, либо опустынивани­ем. Так, в эпоху оледенения, имевшего место 30-40 тыс. лет назад (верхний палеолит), вымерли такие крупные животны е, как мамон­ты, шерстистый носорог и многие хищники.

С момента своего появления деятельность человека неодно­кратно противоречила природе, что порождало кризисы различно­го масштаба. Но в силу небольшой численности населения и его слабой технической оснащенности они никогда не принимали гло­бальных масштабов. Человек мог исчерпать доступными ему ме­тодами какой-то ресурс или разрушить природу и экосистемы на пространствах ограниченного размера.

Общим для всех антропогенных кризисов является то, что выход из них сопровождался, как правило, уменьшением численности на­родонаселения, его миграцией и социальными потрясениями. В ряде случаев кризисы завершались сменой общественного строя. Так, первый антропогенный кризис вызвал расселение охотников, или «ве-лише переселение народов», кризис нехватки продуктов сельского хозяйства (второй антропогенный) -эмиграцию населения из Евро­пы за океан. Переход к земледелию и скотоводству сопровождался разложением первобытно-общинного строя и возникновением рабо­владельческого, а последнему сопутствовали опустынивание и исто­щение земельных ресурсов и переход к феодальному строю.

 

 

№	Название кри-	Время	Причины кризи-	Пути выхода из
	зиса		са	кризиса
1.	Предантропоген -	Змл н. лет	Наступление за-	Возникновение
	ный (аридиза-	назад	сушл.периоца (ари-	прямоходящих
	ции)		дюация климата)	антропоидов
2.	Обеднения ре-	Зи-5Отыс.	Недостаток дос-	Простейшие био-
	сурсов собира-	лет на-	тупных перво-	технические меро-
	тельства и про-	зад	бытному челове-	приятия типа вы-
	мысла для че-		ку ресурсов	жигания раститель-
	ловека			ности для обновле-
				ния экосистем
3.	Перепромысла	Ш-50ГЫС.	Уничтожение	Переход к прими-
	крупных жи-	лет на-	доступных круп-	тивному земледе-
	вотных (кризис	зад	ных животных	лию, скотоводству
	консументов)		человеком-охот-	(нсополитичес кая
			ником	революция)
4.	Примитивного	1,5-2гыс.	Примитивный по-	Переход к непо-
	поливного зем-	лет на-	лив, сопутств. ему	ливному (богар-
	леделия	зад	истощение и за-	ному земледелию)
			соление почв
5.	Недостатка	150-250	Истощите л ьное	Промышленная
	растительных	лет на-	землепользова-	революция, новые
	ресурсов и про-	зад	ние, отсталые	технологии в
	довольствия		технологии	сельском хоз-вс
6.	Глобального заг-	30-50лет	Истощительное	Энсргосбе регаю-
	рязнения среды	назад по	природопол ъзова-	шие технологи и,бе-
	и угрозы истоше-	настоя-	ние, многоотход-	зотходное произв.,
	ния ресурсов	щее время	ные технологии	поиск решений
7.	Глобальный	Начался	Выделение в сре-	Ограничение ис-
	термодинами-	и прог-	ду большого ко-	пользования
	ческий(тепло-	нозиру-	личества тепла,	энергии,
	вого загрязне-	ется	особенно из вну-	предотвра шен ие
	ния)		тренних источ-	парникового эф-
			ников, парнико-	фекта, поиск ре-
			вый эффект	шений
8.	Глобального	Первые	Нарушение эко-	Приоритет эко-
	исчерпания на-	призна-	логического рав-	логических цен-
	дежности эколо-	ки и	новесия в масш-	ностей перед все-
	гических систем	прогноз	табах планеты	ми другими, по-
				иски решении

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕВОЛЮЦИИ

В настоящее время установлено, что ископаемые предки чело­века появились примерно 4,5 млн лет назад и начали использовать орудия 2,5 млн лет до н.э.

Окончательное формирование «человека разумного» закончи­лось 40 тыс. лет до н. э. на Ближнем Востоке.

Во времена палеолита и мезолита (10—12 тыс. лет до н.э.) люди занимались охотой и собирательством плодов и вскоре ис­черпали возможности своей экологической ниши. С ростом чис­ла людей еды стало не хватать и начался голод. Количество стоя­нок в начале неолита (10 тыс. лет до н.э.) в 8—10 раз меньше, чем во времена палеолита. Чтобы не умереть с голоду, люди изоб­рели новые технологии получения пищи: земледелие и ското­водство. Так началась п е р в а я технологическая революция. Эта революция называется также неолитической, или сель­скохозяйственной.

Развитие сельского хозяйства сопровождалось наступлением на природу. До того как человек стал заниматься сельским хозяйством, на земном шаре существовали обширные массивы лесов, общая пло­щадь которых составляла примерно 62 млн км² (6,2 млрд га). Однако в течение многих веков в результате расчистки земельных угодий под пашни, пастбища, заготовки деловой древесины площадь лес­ных экосистем сократилась до 42 млн км², т. е. почти на треть. Из-за засоления орошаемых земель 2 тыс. лет до н. э. погибла цивилизация шумер в Нижней Месопотамии, где стало невозможно земледелие. Эта была первая известная нам экологическая катастрофа.

Вторая технологическая революция, которая на­зывается промышленной, началась в XVIII в. в Англии. Эта техно­логическая революция позволила резко увеличить объем и ха­рактер производства. Англия, которая первой освоила механи­ческую прялку, ткацкий станок и паровой двигатель, быстро пе­решла от ремесленного производства к машинному. Это дало ей огромные преимущества перед другими странами. Уже в середи­не XIX в. она производила больше половины мировой промыш­ленной продукции.

Современная научно-техническая революция (НТР) — третья технологическая ре­волюция в истории человечества — началась 6 августа 1945 г., когда над японским городом Хиросима была взорвана американ­ская атомная бомба. С этого момента наступила атомная эра, ко­торая сопровождалась как разработкой ядерного оружия и его ис­пытаниями в атмосфере и под землей, так и созданием атомной энергетики. В это же время (во второй половине 40-х годов XX в.) была создана первая электронно-вычислительная машина (ЭВМ). ЭВМ, а затем персональные ЭВМ (ПЭВМ) в настоящее время завоевали мир, став неотъемлемой частью новых технологических процессов.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: