Аутэкология – влияние среды на организмы. Факториальная экология – исследование явлений, зависимостей и связей между организмами, популяциями, биоценозами и факторами среды. Теоретическая основа – закон единства организма и среды Вернадского – жизнь развивается в результате постоянного обмена веществом и информацией на базе потоков энергии в совокупном единстве среды и населяющих ее организмов. Освещенность - для фотосинтеза 380-710нм. 34 % отражается облаками, 19% поглощается атмосферой, 47% достигает Земли. Температура – пределы точка замерзания и до 40-45 ˚С, скорость ферментативных реакций в этих пределах удваивается на каждые 10 С. гомойотермные – теплокровные, поддерживают температуру тела. Имеют переменную температуру тела и относятся к группе пойкилотермных – холоднокровных. Порог развития – температура, при которой у пойкилотермных организмов восстанавливается обмен веществ после холодового угнетения. Температурные группы растений – нехолодостойкие, неморозостойкие, морозостойкие, нежаростойкие, жаростойкие, пирофиты. Температурные адаптации растений – биохимические – накопление анитфризов, физиологические – транспирация, морфологичесие – опушение, расположение листьев, отношение поверхность, объем. Влажность – давление пара над раствором, давление пара над чистой водой. Адаптации растений к недостатку воды – пойкилогидрические, гомойогидрические. Группы гомойогидрических – гидатофиты ряска, гидрофиты – назмно-водные - кубышка, гигрофиты – кислица, мезофиты – луговые травы, склерофиты – с толстой кутикулой – ковыль, суккуленты – сочные с водозапасающей паренхимой. Гетеротермные (суслики, ежи, летучие мыши, медведи). В активном состоянии у этих животных поддерживается постоянная относительно высокая температура тела. В зимнее время они впадают в спячку или глубокий сон, и температура тела у них в это время мало отличается от внешней. Уровень обмена веществ снижается.
(Экология почв или интегральная экология почв - междисциплинарное научное направление, изучающее весь спектр участия различных факторов почвообразования в формировании, динамике и эволюции почв и всю совокупность экологических функций почв с ответным воздействием на почвообразователи и поддержанием их функционирования и развития. А также разрабатываемое на их основе учение о сохранении почв. Основные направления и задачи экологии почв - работы по биогеоценотическим и глобальным функциям почв, имеющие принципиальное значение не только для дальнейшего развития науки о почве, но и для всесторонней разработки учения о взаимосвязи и динамике приповерхностных геосфер, а также создания научно обоснованной системы рационального использования и охраны природных ресурсов. Анализ функций почв в экосистемах и биосфере позволяет поставить исследования взаимодействий почв и факторов среды в качестве особой проблемы и вести ее разработку на уровне изучения не только прямой, но и обратной связи. Исследуя общую экологическую роль почв и различные виды их влияния на атмосферные, гидрологические, биотические и другие компоненты экосистем биосферы, мы тем самым изучаем ответное воздействие самой почвы на факторы почвообразования. Однако проблема экологических функций почв шире и глубже анализа обратной связи в системе почва—факторы. Данная проблема охватывает дополнительный ряд не менее важных вопросов, касающихся, в частности, изучения внутренней жизни и функционирования почвенных систем в их взаимодействии со всеми звеньями природных комплексов. Почва оказалась планетарным узлом экологических связей с многочисленными глобальными функциями, деградация которых чревата для цивилизации самыми тяжелыми последствиями. Научные основы сохранения почв возникли как продолжение учения о экологических функциях почв, но имеют существенное отличие от охраны почв в традиционном ее понимании. Это отличие заключается в более широком функционально-экологическом подходе к проблеме сбережения почв и почвенного покрова. Если раньше охрана почв сводилась в основном к защите их от факторов разрушения (эрозии, дефляции, химического загрязнения и др.), то теперь она рассматривается лишь как важнейшая часть полнокомплексной системы сбережения почв в полном объеме - защита почв от прямого уничтожения и полной гибели, что предполагает ограничение отведения новых земель для строительства различных объектов, а также разрушающих военных испытаний и свалок, ограничение и запрещение открытых разработок полезных ископаемых, максимальное использование для промышленных и других объектов ранее выведенных их биосферы территорий и их участков. Другие блоки почвосохранения включают в себя защиту освоенных почв от качественной деградации, предотвращение негативных структурно-функциональных изменений освоенных почв, восстановление деградированных освоенных почв, сохранение и восстановление естественных почв как компонента биосферы. Указанный почвоохранный функционально-экологический биосферный подход, вытекающий из учения о почвенных экофункциях, знаменует собой важный прорыв в интеграции не только концептуального, но и прикладного знания и заставляет по-новому оценить всю природоохранную проблематику, поскольку в ней в связи с реализацией данного подхода появилась в качестве важнейшей составляющей особая охрана и Красная книга почв. Отставание развития особой охраны почв обусловлено рядом причин и прежде всего преобладанием утилитарной трактовки почвы в основном как объекта сельскохозяйственного процесса, главное назначение которого — получение урожая за счет обеспечения растений почвенными питательными веществами. Но начиная с 70-х годов такое понимание почвы не могло считаться удовлетворительным в связи с выходом публикаций по биогеоценотическим и биосферным функциям почв. Экофункции почв - Регулирование биогеохимических циклов элементов в биосфере. Регулирование состава атмосферы и гидросферы. Регулирование биосферных процессов. Накопление специфического органического вещества и энергии. Сохранение биологического разнообразия.
Проблема озона в атмосфере имеет два связанных с человеческой деятельностью аспекта: разрушение в верхних слоях (“озоновый экран”) и увеличение концентрации в околоземном пространстве. Озон в верхних слоях атмосферы (“Озоновый экран”). Озоновый экран располагается у полюсов на высотах 9-30 км, у экватора – на 18-32 км. Концентрация озона в нем равна 0,01-0,06 мг/м3. Если содержащийся в границах экрана озон выделить в чистом виде, то слой его составит 3 – 5 мм. Содержание озона выражается в сантиметрах (0,3 – 0,5) или в единицах Допсона (миллиметры, увеличенные в 100 раз – 300-500 ед.). Озон в верхних слоях атмосферы образуется в результате распада молекулы кислорода (О2) под влиянием ультрафиолетовых лучей на два атома кислорода. Одновременно идет противоположный процесс распада молекул озона и образования кислорода. Условием для протекания реакций является наличие ультрафиолетовых лучей и преобразование их в инфракрасные тепловые. Таковы основные механизмы существования озонового экрана и поглощения ультрафиолетовых лучей. Озон поглощает лучи с длиной волны 200-320 нм. Часть из них, как и более длинные, доходят до Земли. При этом лучи длиной 200-400 нм выделяют в категорию биологически активных ультрафиолетовых (БАУ). “Озоновые дыры” представляют собой протяженные области пониженного (до 50 %) содержания озона в озоновом слое атмосферы, поглощающем ультрафиолетовое излучение, гибельное для живых организмов, формирующиеся в результате антропогенного химического загрязнения атмосферы хлор- и фторуглеводородами. В последние годы наблюдается тенденция уменьшения содержания озона в верхних слоях атмосферы. В средних и высоких широтах северного полушария такое уменьшение составило около 3% (по другим сведениям 2–10%). Есть данные, что уменьшение содержания озона на 1% ведет к увеличению заболеваемости раком кожи на 5-7%. Для европейской части России это составляет около 6-6,5 тыс. человек в год. Наиболее значительная потеря озона регистрируется над Антарктидой. Здесь содержание его в озоновом слое за последние 30 лет уменьшилось на 40-50%. Пространство, в пределах которого регистрируется уменьшение концентрации озона, получило название “озоновой дыры”. Размер “дыры” с пониженной концентрацией озона возрастает примерно на 4% в год. В настоящее время она вышла за пределы континента и по размерам превышает площадь США. Несколько меньших размеров “дыра” характерна для Арктики. Учащается также появление “блуждающих дыр” площадью от 10 до 100 тыс. км2 в других регионах, где потери озона достигают 20-40% от нормального уровня. Причины возникновения “озоновых дыр” до конца не ясны. Впервые они обнаружены в начале 80-х гг. настоящего столетия, и короткий период наблюдений не дает достаточных оснований для каких-либо категоричных выводов о причинах изменений концентрации озона. Основным антропогенным фактором, разрушающим озон, в настоящее время считают фреоны (хладоны). Эти хлорфторуглероды, кипящие при комнатной температуре, широко используются как газы-носители (пропилленты) в различного рода баллончиках, холодильных установках и т. п. Для широкого использования в качестве пропиллентов фреоны избраны как весьма стойкие (инертные) газы. Однако чисто технический подход к их оценке только по одному свойству привел к непредвиденному отрицательному эффекту. Оказалось, что именно благодаря высокой устойчивости (живут более 100 лет) фреоны оказались способными достигать озонового слоя, в агрессивной среде которого из них высвобождается хлор. Каждый атом хлора как катализатор способен разрушить до 100 тысяч атомов озона. Принимаются меры к уменьшению, а в дальнейшем и к прекращению производства фреонов. Так, Монреальским протоколом, подписанным в 80-х гг., к 2000 г. многие государства взяли обязательство сократить производство фреонов на 50%, заменив другими пропиллентами. Однако вследствие высокой стойкости фреоны могут очень долго сохраняться в атмосфере, даже в тех случаях, когда их производство будет прекращено. В ряде стран (США, Великобритания, Франция) фреоны (ХФУ) заменяются на гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) и гидрофторуглероды (ГФУ), срок жизни которых значительно короче (2 – 25 лет), а потенциал разложения в озоне в десятки раз ниже, чем ХФУ. Ведутся также поиски других путей повышения устойчивости озонового слоя. Так, подача этана и пропана в озоновый слой способствует переводу атомарного хлора как катализатора в пассивный хлористый водород. Образованию и накоплению озона способствуют также электромагнитное излучение, лазерные лучи, электрические разряды. Они стимулируют фотодиссоциацию кислорода и способствуют образованию и накоплению озона. Наиболее интенсивно озоновый слой разрушается весной. Это связывают с тем, что низкие температуры и повышенная облачность зимой способствуют высвобождению хлора из фреонов, а хлор действует на озон наиболее интенсивно весной, когда температура несколько повышается. Более интенсивное разрушение озона в приполярных областях связывают с тем, что ответственный за разрушение озона хлор здесь в меньшей мере блокируется метанной группой, чем в более низких широтах. В последнее время ученые все чаще стали высказываться о том, что нет веских доказательств для утверждений, что появление “озоновых дыр” – результат деятельности человека (Вестник РАН, 1996 Т. 61. № 9). Ученые считают, что аналогичные явления имели место ранее и обусловливались исключительно природными процессами, в частности 11-летними циклами солнечной активности. Что касается фреонов, то пузырьки воздуха из кернов льда подтверждают наличие его в атмосфере и в доиндустриальную эпоху. Из других причин разрушения озонового слоя называют уничтожение лесов как основных поставщиков кислорода в атмосферу. Высказывается также предположение, что над Антарктикой существуют своеобразные восходящие вихри, способствующие рассеиванию озона. Зарегистрировано также разрушение озона при выводе в космос летательных аппаратов (только один запуск “Шаттла” ответственен за потерю 10 млн.т озона), при ядерных взрывах в атмосфере, крупных пожарах и других явлениях, сопровождающихся поступлением в верхние слои атмосферы оксидов азота и некоторых углеводородов. Существует также гипотеза срыва озонового слоя кометой Галлея. Полагают, что с ее уходом концентрация озона обычно восстанавливается. Озон в нижних слоях атмосферы. Здесь озон выступает как сильный антиоксидант и бактерицид. Он способен уничтожать неприятные запахи и разрушать некоторые канцерогенные вещества. Вместе с тем при повышенных концентрациях озон проявляет себя как сильный яд. У людей он затрудняет дыхание и раздражает глаза, у растений повреждает ассимиляционный аппарат, разрушает хлорофилл. Согласно имеющимся оценкам, концентрация озона в приземном слое воздуха с начала индустриальной эпохи возросла в 2 раза и ежегодно повышается на 1,0-1,6%. Основной причиной этого являются фотохимические смоги.
Главная область беспокойства - сельское хозяйство, где возможность временно поправить ситуацию посредством внесения удобрений и пестицидов, введение искусственного полива, или же использование новых машин может временно отложить или скрыть наступающий кризис. С одной стороны, технологические вложения, лишь временно замещающие естественные факторы плодородия почв, приносят с собой ряд геоэкологических проблем. С другой стороны, сами эти технологические вложения есть продукт экологически неблагополучной промышленности или энергетики. В результате сельское хозяйство, играющее столь большую роль в трансформации экосферы, экологически весьма неустойчиво. Тревожное состояние ресурсной базы сельского хозяйства можно видеть в большинстве стран мира, от самых богатых и развитых до наиболее обнищавших. Казалось бы, можно полагать, что сельское хозяйство США - это блестящая демонстрация того, что может быть достигнуто при весьма благоприятных природных условиях, умелых, трудолюбивых и предприимчивых фермерах, значительных вложениях со стороны науки и техники в виде постоянно совершенствующихся машин, химикалиев, семян и пр. и благоприятной ситуации на мировом рынке сельскохозяйственных продуктов. И действительно, успехи весьма впечатляющие. Но нужно также помнить, что успехи американского сельского хозяйства идут во многом за счет потерь почвенных ресурсов, то есть вследствие его геоэкологической неустойчивости. Известно, что половина толщины почвенного слоя штата Айова исчезла за последние 150 лет. Говорят, что один мешок произведенного зерна кукурузы в этом штате уносит с собой вследствие эрозии два мешка почвы. Поэтому достижения в земледелии Айовы все более основываются на технологии и все менее на естественном плодородии почв. Но если столь значительная степень деградации характерна для штата и страны, располагающих высококлассной Службой охраны почв, то что говорить о большинстве стран? Выше приводился пример Индонезии, где весь прирост сельского хозяйства происходит из-за потери плодородия почв, и это не самый худший пример. Об антропогенной деградации почв России и бывшего СССР уже говорилось. Четыре самые крупные сельскохозяйственные страны мира, США, Китай, Индия и бывший СССР, используют несколько меньше половины пахотных земель мира, но потери от эрозии и засоления почв превышают 50% общемировых потерь. Геоэкологическая неустойчивость агроэкосистем отмечается на всех иерархических уровнях. Существует очень много примеров деградации почв на уровне поля вследствие эрозии, засоления, загрязнения, уплотнения почв. На уровне водосбора проявляются в основном проблемы химического характера, такие как увеличивающийся транспорт растворенных солей реками или рост концентрации нитратов в источниках водоснабжения. На глобальном уровне - нарушения, в основном, в социально-экономической сфере, но природные процессы также испытывают неблагоприятные воздействия. Например, животноводство Нидерландов в значительной степени зависит от производства корнеплодов (ямса, маниоки и пр.) в странах юго-восточной Азии, таких как Индонезия или Таиланд. В результате усиливается разрушение ресурсной базы в странах-производителях маниоки вследствие, например, эрозии почв, и возрастает загрязнение воды и почвы в Нидерландах вследствие избытка навоза, превышающего естественную способность его переработки на голландской территории. Несмотря на продолжающееся ухудшение ресурсной базы сельского хозяйства, растущее население мира должно быть обеспечено питанием. Необходим переход к экологически устойчивому сельскому хозяйству. Стратегия перехода - эффективное управление численностью населения, оптимизация качества питания взамен максимизации объема производства, устранение или снижение государственных субсидий сельскому хозяйству, экологически благоприятные методы ведения хозяйства. Они основаны на минимизации чуждых для природы агротехнических приемов, таких как применение пестицидов или минеральных удобрений. Это так называемое органическое земледелие. Его также называют биологическим, или экологическим (organic, biological, ecological farming). В среднем такой метод ведения хозяйства приносит меньшие урожаи, но их продукты отличаются высокими питательными качествами. Вследствие более высоких цен на такие продукты органическое земледелие может приносить не меньше дохода, чем высокотехнологичное сельское хозяйство. Однако доля площади, обрабатываемой с применением органического земледелия, не превышает нескольких процентов даже в передовых странах. При этом отмечается определенная, хотя и слабая, тенденция к росту. В качестве переходной, или компромиссной стратегии можно рассчитывать на снижение количества вносимых химических веществ (удобрений и пестицидов), более эффективное их применение, более эффективное управление оросительными системами, разумное ограничение в строительстве новых оросительных систем, применение менее тяжелых машин за более короткое время и пр. В Нидерландах за 10 лет (1983-1993 гг.) уровень применения минеральных удобрений сократился на 47%, оставаясь при этом все же очень высоким (560 кг/га). При высоком уровне применения удобрений растения слабо реагируют на сверхвысокие дозы, и потому экономичнее снизить интенсивность применения удобрений, получив в то же время несколько более низкий урожай. Меньшая масса применяемых удобрений приводит также к снижению уровня загрязнения окружающей среды (воды и почвы). От этой стратегии еще очень далеко до органического земледелия, но тенденция эта правильная, и она характерна для большинства развитых стран. Человечество достигло многого в производстве продуктов питания. Но цена была столь высока, что пришлось занимать ресурсы у внуков. Больше занимать нельзя. Более того, пришло время отдавать, и единственный путь к этому - общемировая трансформация сельского хозяйства в духе концепции устойчивого развития).
Экологическая система - единый природный или природно-антропогенный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания, в котором живые и косные экологические компоненты соединены между собой причинно-следственными связями, обменом веществ и распределением потока энергии.
Различают:
- микроэкосистемы, обычно составляющие индивидуальные консорции;
- мезоэкосистемы;
- макроэкосистемы.
Для естественной экосистемы характерны три признака:
1) экосистема обязательно представляет собой совокупность живых и неживых компонентов;
2) в рамках экосистемы осуществляется полный цикл, начиная с создания органического вещества и заканчивая его разложением на неорганические составляющие;
3) экосистема сохраняет устойчивость в течение некоторого времени, что обеспечивается определенной структурой биотических и абиотических компонентов.
Фотосинтезирующие растения (продуценты), используя солнечную энергию, создают из углекислого газа и воды органическое вещество, другие его потребляют (консументы), третьи – разлагают органику до простых неорганических соединений и элементов, например, на СО2, NО2 и Н2О (редуценты). Солнечная энергия через растения как бы передается от организма к организму, образуя пищевую, или трофическую цепь. Продуценты, или автотрофы – это первый трофический уровень в пищевой цепи. К ним относятся фотосинтезирующие зеленые растения суши и водной среды, сине-зеленые водоросли, некоторые хемосинтезирующие бактерии. Консументы, или гетеротрофы – потребители готовых органических веществ. К ним относятся все животные и человек, насекомые, грибы и др. организмы. Гетеротрофы, потребляющие только растительную пищу – травоядные (корова, лошадь), или консументы 1 порядка или второй трофический уровень, питающиеся только мясом других животных - плотоядные, или зоофаги (хищники) – консументы 2 порядка, или третий трофический уровень, а также потребляющие и то и другое - «всеядные», или эврифаги (человек, вороны. медведь) – консументы 3 порядка или четвертый трофический уровень. Гетеротрофы, питающиеся отмершей органикой, называтся сапротрофами (например, грибы) а способные жить и развиваться в живых организмах за счет живых тканей – паразиты (например, клещи). Редуценты, или деструкторы – восстановители. Возвращая биогенные элементы из отмерших организмов снова в почву или в водную среду, они, тем самым, завершают биохимический круговорот вещества. Это бактерии, большинство разных микроорганизмов и грибы. В зависимости от среды обитания микроорганизмы и бактерии подразделяют на аэробные, т. е. живущие при наличии кислорода, и анаэробные – живущие в безкислородной среде. К редуцентам можно отнести и насекомых-сапротрофов, играющих большую роль в процессах разложения мертвой органики и почвообразовательных процессах. Функционально редуценты это те же самые консументы, поэтому их часто называют микроконсументами. От каждого предыдущего уровня до следующего доходит лишь 10% энергии, поэтому функциональные взаимосвязи, т. е. трофическая структура и представляется в виде пирамиды. Основанием экологических пирамид служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.
Три основных типа построения экологических пирамид:
1) пирамида чисел (пирамида Элтона), отражающая численность организмов на каждом уровне;
2) пирамида биомассы, характеризующая массу живого вещества (вес, калорийность и т. д.);
3) пирамида продукции (или энергии), показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последующих трофических уровнях.
В наземных экосистемах действует следующее правило пирамиды биомассы: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.
Исчерпаемые возобновимые – растения, животные,
исчерпаемые невозобновимые богатства недр,
неисчерпаемые – космические, климатические, водные,
заменимые - все полезные ископаемые и энергоресурсы
незаменимые – атмосферный воздух, вода, генетический фонд животных и растений.
Принципы рационального использования природных ресурсов – соответствие характера и способов использования конкретным местным условиям, предотвращение негативных последствий, повышение интенсивности освоения, сохранение научных иэстетических ценностей, соблюдение целесообразной, экономически обоснованной очередности хозяйственного освоения, комплексное использование, устранение потерь на всех этапах природопользования, всемирная экологизация природопользования. Устойчивые системы природопользования - развитие территории по принципам – функционального соответствия - использование земель в зависимости от их внутренних природных свойств и ресурсной ценности, и позиционному – принимая во внимание положение земель относительно других природных и антропогенных объектов и социально-экономическую обстановку. Основной смысл перехода к устойчивому природопользованию – это признание главенства естественных (биосферных) законов над законами социально-экономического развития общества и равновозможностного удовлетворения природными ресурсами различных поколений. В федеральном законе РФ «Об охране окружающей природной среды (от 10 января 2002 года № 7 – ФЗ) утверждается, что природа, окружающая среда, природопользование являются основой устойчивого развития. Согласно «Концепции» необходим «переход к устойчивому развитию, обеспечивающему сбалансированное решение социально-экономических задач и проблем сохранения благоприятной окружающей среды и природно-ресурсного потенциала в целях удовлетворения жизненных потребностей нынешнего и будущих поколений людей». Устойчивое природопользование:
-является одной из триад устойчивого развития (экономика, социум, природа);
-обеспечивает равновозможностное использование природных ресурсов нынешнего и будущих поколений;
-выделяет приоритетность для общества жизнеобеспечивающих функций природных систем по отношению к прямому использованию их ресурсов;
-определяет приоритет экологической безопасности при принятии политических и экономических решений;
-позволяет предотвратить негативные экологические последствия в результате антропогенных процессов;
-усиливает влияние административных методов и экономических стимулов для предотвращения загрязнения и деградации окружающей среды;
-позволяет отказаться от проектов с непредсказуемыми последствиями их воздействия на окружающую природную среду;
-увеличивает открытость информации о состоянии окружающей среды.
Главной задачей устойчивого природопользования является достижение неистощительного использования возобновляемых и воспроизводства минерально-сырьевой базы для невозобновляемых природных ресурсов при рациональном их освоении, а также сохранение и восстановление ландшафтного и биологического разнообразия, способного поддержать саморегуляцию природных систем и возможность компенсации последствий антропогенной нагрузки.
Биологические и земельные ресурсы. Мониторинг их экологического состояния и оценка возобновляемости. Жживые организмы – питание, сырье, условия для сх-плодородие почв,формирование местного климата, гидрологический режим почв,регулирование численности вредителей. Земельные – пашня и кормовые угодья. Монторинг биоты – видовой состав, заболеваемость, оценка продуктивности основных звеньев трофической цепи, химическое и радиоактивное загрязнение с/х угодий, растительного покрова, почвенных зооценозов, наземных сообществ, животных, птиц, насекомых, водных растений, планктона, рыб. Монторинг почвенного покрова – химический и радионуклидный состав плодородного слоя почвы, фитотоксичность, микробная биомасса, миграция отдельных форм загрязняющих веществ, оценка возобновляемости.