Экосистемы крайнего севера по сравнению с экосистемами лесов средней полосы – ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ, 9 класс.

ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ, 9 класс.

ОЛИМПИАДА ПО ЭКОЛОГИИ, 9 класс.

Данный документ содержит задания олимпиады, в которых жирным шрифтом выделены правильные ответы.

1. Выберите один правильный ответ из нескольких возможных

1. Длина пищевой цепи лимитируется:

а) количеством пищи;

б) потерей энергии на каждом трофическом уровне;

в) скоростью накопления органического вещества.

2. Основным фактором, определяющим размеры популяций, является:

а) рождаемость;

б) смертность;

в) миграция особей.

3. Наивысшая плотность жизни на суше Земли наблюдается в:

а) тундре;

б) широколиственном лесу;

в) тропическом лесу.

4. Сильное освещение прямыми солнечными лучами хуже всего переносят:

а) мезофиты;

б) гелиофиты;

в) сциофиты;

г) пирофиты.

5. Фактор, уровень которого приближается к пределам выносливости организма или превышает её, называют:

а) оптимальным;

б) экологическим;

в) минимальным;

г) ограничивающим.

6. Термин «синэкология» происходит от греческого «син», что означает:

а) население;

б) вид;

в) совместно;

г) жизнь.

7. Найдите верное утверждение:

а) все консументы – гетеротрофы;

б) все растения – продуценты;

в) все бактерии – редуценты;

г) все съедобные грибы – продуценты.

8. Выберите неверное утверждение:

а) Узкоспециализированные виды называются стенобионтными

б) Виды, существующие в относительно большом диапазоне действия экологического фактора, называют эврибионтными

в) Виды, длительно развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности

г) Виды, существующие при значительных колебаниях факторов среды, не могут стать эврибионтными

9. Области повышенной концентрации жизни в биосфере расположены на границе разделов разных сред и названы В.И.Вернадским:

а) пленками жизни;

б) областями рекреации;

в) контактными областями;

г) областями концентрации.

10. Принцип исключения Г. Ф. Гаузе может применяться в случае:

а) определения типа особо охраняемой природной территории;

б) описания отношений между черными и рыжими тараканами;

в) расчета рациона питания сельскохозяйственных животных;

г) моделирования эрозионных процессов.

11. Бактерии способны очень быстро размножаться. Каждые полчаса путем деления из одной клетки образуются две. Если одну бактерию поместить в идеальные условия, то за сутки ее потомство должно составить

2⁴⁸ = 281 474 976 710 700 клеток. Такое количество бактерий заполнит 0,25-литровый стакан. Какое количество времени должно пройти, чтобы бактерии заняли объем 0.5 л?

А) одни сутки;

Б) двое суток;

В) один час;

Г) полчаса.

12. В одной из своих работ В. И. Вернадский писал: «Лучи Солнца обусловили главные черты механизма биосферы. Вещество биосферы (масса)

благодаря солнечным лучам … становится активным и способным производить работу». Здесь речь идет о такой функции живого вещества, как:

а) энергетическая;

б) деструктивная;

в) концентрационная;

г) средообразующая.

13. Видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со стороны окружающей среды получила название:

а) лимитирующего фактора;

б) биотического потенциала;

в) устойчивого развития;

г) ёмкости среды.

14. Стабильные популяции характеризуются численностью, которая:

а) изменяется нерегулярно с большой амплитудой колебаний;

б) находится на уровне поддерживающей ёмкости среды;

в) изменяется регулярно в зависимости от условий среды;

г) определяется скоростью миграционных процессов.

15. Экосистемы Крайнего Севера по сравнению с экосистемами лесов средней полосы России:

а) более устойчивы и разнообразны;

б) более уязвимы;

в) ничем не отличаются;

г) не существуют.

16. Термин «синэкология» происходит от греческого «син», что означает:

а) население;

б) вид;

в) совместно;

г) жизнь.

17. Понятие «биосфера» было введено:

а) австрийским геологом Э. Зюссом в XIX в.;

б) российским геологом В. И. Вернадским в XX в.;

в) американским экологом А. Тенсли в XX в.;

г) немецким агрохимиком Ю. Либихом в XIX в.

18. Для млекопитающих зависимость числа особей от возраста («кривая выживания») имеет форму:

а) выпуклую вверх;

б) вертикальную;

в) вогнутую вниз;

г) горизонтальную.

19. В 1950-х годах в промышленно развитых странах началась «зелёная революция», связанная с:

а) созданием новых сортов сельскохозяйственных растений и интенсивным применением химических средств их защиты;

б) созданием и распространением генетически модифицированных организмов;

в) массовыми протестами населения этих стран против применения минеральных удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве;

г) всплеском популярности органик-земледелия;

20. Лучшими индикаторами (показателями) состояния среды являются виды, которые:

а) требуют строго определённых условий существования;

б) существуют в широком диапазоне условий среды обитания;

в) приспосабливаются к влиянию антропогенных факторов;

г) проявляют пластичность к действию факторов среды.

21. К области прикладной экологии относится:

а) ежедневная уборка и поливка городских дворов;

б) выращивание овощей без удобрений и ядохимикатов;

в) исследование экологического сознания населения;

г) исследование процессов очистки сточных вод.

2. Определите правильность представленного утверждения (подчеркните правильный ответ и дайте обоснование Вашего выбора)

22. Азот из атмосферы может поступать в почву и воду за счет фотосинтеза.

да – нет

(Ответ нет, потому что, азот из атмосферы может поступать в почву и воду за счет другого процесса – азотофиксации, происходящего при участии клубеньковых бактерий-азотофиксаторов).

23. Загрязнение окружающей среды пестицидами относятся к физическому типу.

да – нет

(Ответ нет, потому что пестициды (ядохимикаты) – химические вещества, применяемые в сельском хозяйстве для борьбы, например, с вредителями растений. Следовательно, такое загрязнение относится к химическому типу.)

3. Выберите правильное утверждение. Ответ обоснуйте. Объясните, почему остальные утверждения неверные (дайте обоснование каждого неверного утверждения)

Конкурсное задание № 3 заключается в выборе единственного правильного варианта ответа из четырёх предложенных с письменным обоснованием своего выбора. Вы должны не только выбрать и указать правильный ответ, но и письменно обосновать свой выбор, опираясь на свои знания и опыт.

Для удобства проверки Вашего обоснования текст желательно разбить на четыре коротких абзаца – по числу проанализированных Вами вариантов ответа. Абзацы следует начинать словами: «ответ «а» правильный (или неправильный) потому что [далее следует обоснование]».

24. Научный сотрудник биологического факультета Московского университета Л. В. Полищук показал, что риск вымирания млекопитающих в конце плейстоцена (12 тыс. лет назад) зависел от размера их тела. Чем крупнее особи, тем с большей вероятностью вид мог исчезнуть с лица земли по естественным причинам (например, в результате климатических изменений). Подобный вывод противоречит популярной гипотезе, согласно которой крупные млекопитающие (мастодонты, саблезубые тигры, гигантские наземные ленивцы, мамонты и шерстистые носороги, сумчатые львы и др.) были истреблены первобытными людьми. Исследование Л. В. Полищука основано на том предположении, что:

а) крупные млекопитающие не могли представлять интереса для первобытных охотников в качестве добычи;

б) с увеличением массы тела особей данного вида снижается плотность его популяций и скорость воспроизводства;

в) для вымерших млекопитающих не соблюдается «правило энергетической эквивалентности», согласно которому потребление энергии популяцией животных с единицы площади не зависит от массы тела;

г) сроки заселения человеком определенных областей и исчезновения там крупных млекопитающих совпадают.

(Ответ б) является верным.

Ответ а) не является верным. Безусловно, крупные млекопитающие представляли значительный интерес для первобытных людей в качестве добычи, как источник белковой пищи. Например, по одной из распространенных версий, именно в результате охоты вымерли мамонты.

Ответ б) является верным. Если плотность популяции зависит от массы особей того или иного вида, то чем крупнее животное, тем меньше плотность его популяций. С уменьшением плотности популяций снижается скорость воспроизводства, следовательно, возрастает риск вымирания по сравнению с более мелкими животными.

Ответ в) не является верным. Если «правило энергетической эквивалентности» является общеэкологическим, оно не может нарушаться, выполняться или не выполняться в зависимости от исторического периода.

То есть потребление энергии популяцией животных с единицы площади не зависит от массы тела для любых животных – как существующих в настоящее время, так и обитавших ранее, а ныне вымерших.

Ответ г) не является верным. Совпадение сроков заселения человеком определенных областей и исчезновения там крупных млекопитающих свидетельствует как раз в пользу истребления последних человеком, что противоречит гипотезе Л. В. Полищука).

25. За последние 150 лет средняя температура поверхности Земли увеличилась на 0,4 градуса. В Арктике скорость потепления выше почти в три раза. По итогам Международного полярного года коллектив ученых, возглавляемый Э. Постом из Университета штата Пенсильвания (США), объединил данные об изменениях арктических экосистем. Полученные результаты прямо или косвенно связаны с одним параметром – температурой. В частности:

а) за счет расширения местообитаний увеличилась численность белой чайки, которая зимой живет на кромке многолетних дрейфующих льдов;

б) в связи с потеплением на территории Гренландии наблюдается всё более поздние сроки цветения растений и активности насекомых- опылителей;

в) в южных районах Арктики всё чаще появляются деревья и кустарники, встречавшиеся ранее лишь гораздо севернее;

г) в связи с возрастающим обилием дождей увеличился смыв с суши

биогенных элементов в водоёмы, что ведет к увеличению их эвтрофикации.

(Ответ г) является верным.

Ответ а) не является верным. Потепление приводит к таянию дрейфующих льдов, а, следовательно, к сокращению местообитаний чаек, которые живут зимой на кромке многолетних дрейфующих льдов.

Ответ б) не является верным. В связи с потеплением теплое время года (весна) должно наступать раньше. Соответственно, на более ранние, а не поздние сроки будут сдвинуты цветение растений и соответствующая активность насекомых-опылителей.

Ответ в) не является верным. С потеплением должно наблюдаться распространение более южных видов на север, а не наоборот.

Ответ г) является верным. По мере потепления климата будет увеличиваться количество осадков в виде дождя (а не снега). Обилие дождей увеличит смывание с суши соединений биогенных элементов в водоёмы, что приведет к более сильной их эвтрофикации).

4. Установите соответствие. Ответ запишите в виде последовательности цифр и букв в порядке возрастания цифр.

26. Какому типу взаимоотношений организмов в сообществе соответствуют взаимоотношения:

1. Микориза берёзы и подберёзовика А. Хищничество

2. Произрастание одуванчика под пологом

елового леса Б. Мутуализм

3. Поедание мыши лисой В. Нейтрализм

4. Обитание белки и дождевого червя в лесу Г. Аменсализм

Ответ: 1Б2Г3А4В

27. Какими учеными были введены данные экологические понятия?

1. Экология А. Вернадский

2. Биосфера Б. Геккель

3. Живое вещество В. Зюсс

4. Экосистема Г. Тенсли

Ответ: 1Б2В3А4Г

Критерии оценивания олимпиадных заданий

I. Оценивание задач закрытого типа — выбора правильного ответа из 3-4-х возможных — выбор правильного ответа — 1 балл.

II. Оценивание правильности выбора утверждений «да» или «нет» и его обоснования

Кол-во задач – 2 (Максимальное кол-во баллов за задачу – 3)

Шкала для проверки конкурсной задачи

с выбором и обоснованием ответа

III. Оценивание задач с выбором ответа и обоснованием

Кол-во задач – 2 (Максимальное кол-во баллов за задачу – 3)

Шкала для проверки конкурсных тестовых задач

по экологии с обоснованием ответа

Задания с обоснованием ответа могут включать задачи как с обоснованием одного (правильного) ответа, так и с обоснованием всех (как правильного, так и трех вариантов неправильных) ответов.

IV. Установите соответствие.

Выбор правильного ответа — 1 балл. Кол-во задач – 2 (Максимальное кол-во баллов за задачу – 2 балла)

Максимальное количество баллов – 35 баллов

infourok.ru

 

Реферат на тему:

«Виды экосистем. Экосистемы европейского Севера»

 

Содержание

 

I. Антропогенные экосистемы

II. Понятие агроэкосистемы

III. Городские экосистемы

IV. Промышленное загрязнение среды

V. Загрязнение почвы

VI. Антропогенное воздействие на леса, лесопользование

Используемая литература

 

I. Антропогенные экосистемы

 

 

Отличительная черта антропогенных экосистем состоит в том, что доминирующий экологический фактор в них представлен сообществом людей и продуктами его производственной и общественной деятельности.

В антропогенной экосистеме искусственная среда преобладает над естественной.

Важнейшие современные антропогенные экосистемы: города, сельские поселения, транспортные коммуникации.

Города — особая среда обитания. Они возникли 7000 лет назад. К 1950 году проживало 28%, к 1970 — 40%, к 2000 — 70-90%. В настоящее время 1/3 горожан проживают в городах.

Несмотря на то, что урбанизация в целом явление прогрессивное (концентрация производства, увеличение производительности труда, организация быта, легче решаются вопросы трудоустройства, снабжения, мед. обслуживания, образования, быта), однако, возникает и целый ряд проблем:

1. Изменение природной среды.

2. Обилие отходов.

3. Создается благоприятная обстановка для распространения инфекционных и инверсионных заболеваний.

4. Сокращается длительность солнечного освещения.

5. Высокая плотность населения приводит к перенапряжению нервной системы.

6. Падение физической активности.

7. Разбалансировка питания.

 

 

 

 

II. Понятие агроэкосистемы

 

Понятие «экосистема» предложил англичанин Артур Тенсли в 1935 г. Знание законов организации экосистем позволяет использовать их или даже менять, не разрушая до конца систему возникших природных связей.

Понятие «агроэкосистема» как сельскохозяйственный вариант экосистемы появилось в 60-е гг. Им обозначают участок территории, сельскохозяйственный ландшафт, соответствующий хозяйству. Все его элементы связаны уже не только биологически и геохимически, но и экономически. Профессор Л. О. Карпачевский в предисловии к русскому переводу американской книги «Сельскохозяйственные экосистемы» подчеркнул двойственную социально-биологическую природу агро-экосистемы, структуру которой во многом определяет человек. По этой причине агроэкосистемы относятся к числу так называемых антропогенных (т.е. созданных человеком) экосистем. Однако она все же ближе к естественной экосистеме, чем, скажем, к другому варианту антропогенных экосистем — городских.

Агроэкосистемы это антропогенные (т.е. созданные человеком) экосистемы. Человек определяет их структуру и продуктивность: он распахивает часть земель и высевает сельскохозяйственные культуры, создает сенокосы и пастбища на месте лесов, разводит сельскохозяйственных животных.

Агроэкосистемы автотрофны: их основной источник энергии — солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1 % солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.

Сельскохозяйственные экосистемы или агроэкосистемы (АгрЭС) относятся к числу антропогенных экосистем, которые наиболее близки к естественным. Эти ансамбли видов искусственны, так как состав выращиваемых растений и разводимых животных определяет человек, стоящий на вершине экологической пирамиды и заинтересованный в получении максимального количества сельскохозяйственной продукции: зерна, овощей, молока, мяса, хлопка, шерсти и т.д. В то же время АгрЭС, как и естественные экосистемы, автотрофны. Основным источником энергии для них является Солнце. Вся вводимая в АгрЭС антропогенная энергия, затрачиваемая на вспашку земли, удобрение, обогрев животноводческих помещений, называется антропогенной энергетической субсидией (АС). АС составляет не более 1% общего энергетического бюджета АгрЭС. Именно АС является причиной разрушения агроресурсов и загрязнения окружающей среды, что осложняет решение проблемы обеспечения FS. Снижение величины АС — основа обеспечения FS.

Величина АС в АгрЭС может меняться в самых широких пределах, и если соотнести ее с количеством энергии, содержащейся в готовом продукте, то это отношение будет меняться от 1/15 до 30/1. В первобытных (но еще сохранившихся) огородах папуасов на одну калорию мускульной энергии получается не менее 15 калорий пищи, но всего лишь одна калория пищи получается при вложении 20-30 калорий энергии в интенсивном сельском хозяйстве. Разумеется, такое интенсивное хозяйство позволяет получать по 100 ц зерна с 1 га, по 6000 л молока от одной коровы и более 1 кг ежесуточного привеса у животных, откармливаемых на мясо. Однако цена этих успехов слишком дорога. Разрушение агроресурсов, которое в последние 20-30 лет приняло угрожающие масштабы, вносит свой вклад в приближение грядущего экологического кризиса.

«Зеленая революция», произошедшая в 60-70-е годы нашего столетия, когда благодаря ее отцу — лауреату Нобелевской премии Н. Берлоугу на полях появились карликовые сорта с урожайностью, превышающей таковую в традиционных культурах в 2-4 раза, и новые породы скота — «биотехнологические монстры», нанесла наиболее ощутимый удар по биосфере. При этом к началу 80-х годов производство зерна стабилизировалось и даже наметилась тенденция его уменьшения из-за утери почвами естественного плодородия и снижения эффективности удобрений. Население планеты при этом продолжает бурно расти, и в итоге количество зерна, производимого в мире в пересчете на одного человека, начало снижаться.

 

III. Городские экосистемы

 

Городские экосистемы гетеротрофны, доля солнечной энергии, фиксированная городскими растениями или солнечными батареями, расположенными на крышах домов, незначительна. Основные источники энергии для предприятий города, отопления и освещения квартир горожан расположены за его пределами. Это — месторождения нефти, газа, угля, гидро- и атомные электростанции.

Город потребляет огромное количество воды, лишь незначительную часть которой человек использует для непосредственного употребления. Основную часть воды тратят на производственные процессы и на бытовые нужды. Личное потребление воды в городах составляет от 150 до 500 л в сутки, а с учетом промышленности на одного гражданина приходится до 1000 л в сутки.

Использованная городами вода возвращается в природу в загрязненном состоянии — она насыщена тяжелыми металлами, остатками нефтепродуктов, сложными органическими веществами, подобными фенолу, и т.д. В ней могут содержаться болезнетворные микроорганизмы. Город выбрасывает в атмосферу ядовитые газы, пыль, концентрирует на свалках токсичные отходы, которые с потоками весенней воды попадают в водные экосистемы.

Растения, в составе городских экосистем растут в парках, садах, на газонах, их главное назначение — регулирование газового состава атмосферы. Они выделяют кислород, поглощают диоксид углерода и очищают атмосферу от вредных газов и пыли, попадающих в неё при работе промышленных предприятий и транспорта. Растения имеют также большое эстетическое и декоративное значение.

Животные в городе представлены не только обычными в естественных экосистемах видами (в парках живут птицы: горихвостка, соловей, трясогузка; млекопитающие: полевки, белки и представители других групп животных), но и особой группой городских животных — спутников человека. В её составе — птицы (воробьи, скворцы, голуби), грызуны (крысы и мыши), и насекомые (тараканы, клопы, моль). Многие животные, связанные с человеком, питаются отбросами на помойках (галки, воробьи). Это санитары города. Разложение органических отходов ускоряют личинки мух и другие животные и микроорганизмы.

Главная особенность экосистем современных городов в том, что в них нарушено экологическое равновесие. Все процессы регулирования потоков вещества и энергии человеку приходится брать на себя. Человек должен регулировать как потребление городом энергии и ресурсов — сырья для промышленности и пищи для людей, так и количество ядовитых отходов, поступающих в атмосферу, воду и почву в результате деятельности промышленности и транспорта. Наконец, он определяет и размеры этих экосистем, которые в развитых странах, а последние годы и в России, быстро «расползаются» за счет загородного коттеджного строительства. Районы низкоэтажной застройки уменьшают площадь лесов и сельскохозяйственных угодий, их «расползание» требует строительства новых шоссейных дорог, что уменьшает долю экосистем, способных производить продукты питания и осуществлять круговорот кислорода.

 

 

 

 

IV. Промышленное загрязнение среды

 

В городских экосистемах наиболее опасно для природы промышленное загрязнение.

Химическое загрязнение атмосферы. Этот фактор относится к числу наиболее опасных для жизни человека. Наиболее распространенные загрязнители — сернистый газ, оксиды азота, оксид углерода, хлор, и др. В некоторых случаях из двух или относительно нескольких относительно не опасных веществ, выброшенных в атмосферу, под влиянием солнечного света могут образоваться ядовитые соединения. Экологи насчитывают около 2000 загрязнителей атмосферы.

Главные источники загрязнения — ТЭС. Сильно загрязняют атмосферу также котельные, нефтеперерабатывающие предприятия и автотранспорт.

Химическое загрязнение водоемов. Предприятия сбрасывают в водоемы нефтепродукты, соединения азота, фенол и многие другие отходы промышленности. При добыче нефти водоемы загрязняются засоленными видами, нефть и нефтепродукты также разливаются при транспортировке. В России от нефтяного загрязнения более всего страдают озера Севера Западной Сибири. За последние годы возросла опасность для водных экосистем бытовых стоков городской канализации. В этих стоках повысилась концентрация моющих средств, которые микроорганизмы разлагают с трудом.

Пока количество загрязнителей, выбрасываемых в атмосферу или сбрасываемых в реки, невелико, экосистемы сами в состоянии справиться с ними. При умеренном загрязнении вода в реке становится практически чистой через 3-10 км от источника загрязнения. Если загрязнителей слишком много, экосистемы не могут с ними справиться и начинаются необратимые последствия. Вода становится непригодной для питья и опасной для человека. Не годится загрязненная вода и для многих отраслей промышленности.

Загрязнение поверхности почвы твердыми отходами. Городские свалки промышленного и бытового мусора занимают большие площади. В составе мусора могут оказаться ядовитые вещества, такие, как ртуть или другие тяжелые металлы, химические соединения, которые растворяются в дождевых и снеговых водах и затем попадают в водоемы и грунтовые воды. Могут попасть в мусор и приборы, содержащие радиоактивные вещества.

Поверхность почвы может быть загрязнена золой, оседающей из дыма ТЭЦ, работающих на угле, предприятий по производству цемента, огнеупорного кирпича и т.д. Для предотвращения этого загрязнения на трубах устанавливают специальные пылеуловители.

Химическое загрязнение грунтовых вод. Токи грунтовых вод перемещают промышленные загрязнения на большие расстояния, и не всегда можно установить их источник. Причиной загрязнения может быть вымывание токсичных веществ дождевыми и снеговыми водами с промышленных свалок. Загрязнение подземных вод происходит и при добыче нефти современными методами, когда для повышения отдачи нефтяных пластов в скважины повторно закачивают соленую воду, поднявшуюся на поверхность вместе с нефтью при её откачке. Засоленные воды попадают в водоносные горизонты, вода в колодцах приобретает горький вкус и оказывается не пригодной для питья.

Шумовое загрязнение. Источником шумового загрязнения может быть промышленное предприятие или транспорт. Особенно сильный шум производят тяжелые самосвалы и трамваи. Шум влияет на нервную систему человека, и потому в городах и на предприятиях проводятся мероприятия по шумозащите. Железнодорожные и трамвайные линии и дороги, по которым проходит грузовой транспорт, нужно выносить из центральных частей городов в малонаселенные районы и создавать вокруг них зеленые насаждения, хорошо поглощающие шум. Самолеты не должны летать над городами.

Шум измеряют децибелах. Тиканье часов — 10 дб, шепот — 25, шум от оживленной магистрали — 80, шум самолета при взлете — 130 дб. Болевой порог шума — 140 дб. На территории жилой застройки днем шум не должен превышать 50-66 дб.

Также к загрязнителям относят: загрязнение поверхности почвы отвалами вскрышных пород и золы, биологическое загрязнение, тепловое загрязнение, радиационное загрязнение, электромагнитное загрязнение.

 

V. Загрязнение почвы

 

Почва — верхний слой суши, образующийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями[3].

В нормальных естественных условиях все процессы, происходящие в почве, находятся в равновесии. Но нередко в нарушении равновесного состояния почвы повинен человек. В результате развития хозяйственной деятельности человека происходит загрязнение, изменение состава почвы и даже ее уничтожение.

Плодородный слой почвы формируется очень долго. В то же время ежегодно вместе с урожаем из почвы изымаются десятки миллионов тонн азота, калия, фосфора — главных компонентов питания растений. Основной фактор плодородия почв — перегной (гумус) содержится в черноземах в количестве менее 5% от массы пахотного слоя. На бедных почвах перегноя еще меньше. При отсутствии пополнения почв соединениями азота его запас может быть израсходован за 50-100 лет. Этого не происходит, поскольку культура земледелия предусматривает внесение в почву органических и неорганических (минеральных) удобрений.

Внесенные в почву азотные удобрения используются растениями на 40-50%. Остальная часть (около 20%) восстанавливается микроорганизмами до газообразных веществ — N2, N2O — и улетучивается в атмосфере или вымывается из почвы. Таким образом, минеральные азотные удобрения не обладают длительным действием и поэтому их приходится вносить ежегодно. Неблагоприятные изменения в почве наступают и в результате неправильных севооборотов, т.е. ежегодного посева одних и тех же культур, например картофеля. Включение же в севооборот бобовых культур обогащает почву азотом. Посевы клевера и люцерны за счет связывания N2 симбиотическими клубеньковыми бактериями позволяют задержать в почве до 300 кг азота на 1 га. Севообороты необходимы и для борьбы с растительноядными червями нематодами, которые значительно снижают урожайность. Например, луковично-чесночные нематоды могут снизить урожай лука на 50%[3].

Загрязнение почвенного покрова ртутью (с ядохимикатами и отходами промышленных предприятий), свинцом (при выплавке свинца и от автотранспорта), железом, медью, цинком, марганцем, никелем, алюминием и другими металлами (вблизи крупных центров черной и цветной металлургии), радиоактивными элементами (в результате выпадения осадков от атомных взрывов или при удалении жидких и твердых отходов промышленных предприятий, атомных станций или научно-исследовательских институтов, связанных с изучением и использованием атомной энергии), стойкими органическими соединениями, применяемыми в качестве ядохимикатов. Они накапливаются в почве и воде и, главное, включаются в экологические пищевые цепи: переходят из почвы и воды в растения, в животных, и в итоге переходят в организм человека с пищей. Неумелое и бесконтрольное использование любых удобрений и ядохимикатов приводит к нарушению круговорота веществ в биосфере.

К числу антропогенных изменений почв относится эрозия (от латинского erosio — разъедать). Уничтожение лесов и естественного травянистого покрова, многократная распашка земли без соблюдения правил агротехники приводят к эрозии почвы — разрушению и смыву плодородного слоя водой и ветром. Широко распространена и наиболее разрушительная водная эрозия. Она возникает на склонах и развивается при неправильной обработке земли. Вместе с талыми и дождевыми водами с полей ежегодно уносится в реки и моря миллионы тонн почвы.

Ветровая эрозия наиболее сильно проявляется в южных степных районах нашей страны. Она возникает в районах с сухой обнаженной почвой, c изреженным растительным покровом. Чрезмерный выпас скота в степях и полупустынях способствует ветровой эрозии и быстрому разрушению травяного покрова. Для восстановления слоя почвы толщиной 1 см в естественных условиях требуется 250-300 лет[3].

Значительные территории со сформированными почвами изымаются из сельскохозяйственного оборота вследствие открытого способа разработки полезных ископаемых, залегающих на небольшой глубине.

 

VI. Антропогенное воздействие на леса, лесопользование

 

В развитии антропогенного воздействия на леса Европейского Севера России можно выделить два основных периода: до начала интенсивного промышленного освоения лесных ресурсов Севера, ориентированного на потребности других регионов и экспорта, и после. Разумеется, временная граница между этими периодами достаточно расплывчата, и изменяется с юго-запада на северо-восток (от более населенных и близких к крупным хозяйственным центрам регионов к менее населенным и более удаленным). В отдельных частях рассматриваемой территории интенсивное промышленное освоение лесных ресурсов началось уже в XVII — XVIII веках (например, в районе Старой Руссы в связи с активным развитием солеварения или на среднем и южном Урале в связи с развитием древесно-угольной металлургии). Однако, на большей части рассматриваемой территории сколько-нибудь интенсивное промышленное освоение лесных ресурсов начинается в середине XIX столетия и связано с началом бурного роста экспорта лесных материалов из северных портов в страны Европы.

Каждый из этих периодов характеризовался своими особенностями воздействия хозяйственной деятельности человека на таежную природу. Нельзя однозначно сказать, что уровень воздействия человека на природные экосистемы Севера в первый период, до начала интенсивной лесоэксплуатации, был ничтожно мал. Уже в самый начальный период заселения человеком современной таежной территории он был по крайней мере существенным дополнительным источником лесных пожаров — и таким способом уже внес свой немалый вклад в формирование таежных экосистем. Впоследствии немалую роль в формировании таежных ландшафтов сыграли подсечно-огневое земледелие и расчистка сенокосных угодий в поймах таежных рек, рубки леса для местных хозяйственных нужд, охота и рыболовство и многие другие виды хозяйственной деятельности, связанные с натуральным хозяйством северных деревень и городов. Многие формы и элементы хозяйства, сформировавшиеся в этот первый период хозяйственного освоения человеком территории Севера, сохранялись и в течение большей части следующего — промышленного — периода. Так, подсечно-огневое земледелие просуществовало на Севере до 30-х г.г. ХХ столетия и окончательно прекратилось в основном в связи с коллективизацией и истреблением крестьян-единоличников. Использование мелких сенокосных угодий по поймам малых таежных рек и ручьев местами продолжается и в настоящее время, хотя подавляющее большинство таких сенокосов также постепенно забрасывалось, начиная с 20-х г.г. Система охотничьих изб-зимовий существует и местами частично обновляется до настоящего времени, хотя уже и не имеет прежней густоты и былого значения и не столь часто используется местным населением. Явные следы «доиндустриальной» хозяйственной деятельности человека — заброшенные и заросшие лесом участки подсеки или мелкие лесные сенокосы, остатки старых охотничьих изб, а иногда даже мелких поселений — можно местами встретить сейчас в самом центре ныне диких и абсолютно не населенных таежных территорий.

Несмотря на то, что хозяйственная деятельность человека в первый период — до начала интенсивной лесоэксплуатации — была весьма важным фактором, воздействовавшим на структуру и динамику таежных территорий, в данной работе вся эта деятельность рассматривается как исторический фактор формирования тайги, а не как антропогенное нарушение (см. главу «Фоновые антропогенные воздействия»). Разумеется, что созданная в тот период и просуществовавшая до настоящего времени антропогенная инфраструктура (населенные пункты, пути транспорта, промышленные центры) была исключена из потенциальных малонарушенных лесных территорий.

Значительно большее воздействие на природные экосистемы Севера было связано с последующим периодом развития хозяйственной деятельности — с интенсивным промышленным освоением лесных ресурсов тайги.

 

 

 

Используемая литература

1. www.omsk.edu.ru/schools/sch004/ecolog/lit.htm.

2.  Гарин В.М.,  Клёнова И.А., Колесников В.И. Экология для технических вузов. Ростов- на- Дону, Издательство « Феникс» 2001г.

3. Степановских А.С. Общая экология: Учебник для вузов — М: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. 

referati-besplatno.ru

инвентаризация, мониторинг, охрана — III Всероссийская научная конференция, 20-24 ноября 2017 г., г. Сыктывкар

Уважаемые коллеги!

Приглашаем Вас принять участие в работе конференции, которая состоится 20-24 ноября 2017 г. в г. Сыктывкар (Республика Коми, Россия).

Крайний Север – обширный регион с ярко выраженными географическими, климатическими, социокультурными особенностями и уникальным природно-ресурсным потенциалом. Он охватывает материковую часть суши, протянувшуюся от полярных пустынь до лесотундры – как экотона между тундрой и тайгой, расположенную севернее Полярного круга; акватории 5 морей и большей части бассейна Северного Ледовитого океана. В горных условиях высотные аналоги арктических экосистем (биогеоценозов) расположены выше границы леса. В настоящее время данный район, где имеются все характерные типы экосистем, включающие большинство видов мировой арктической биоты, рассматриваются как самостоятельный объект государственной политики, обусловленной национальными интересами России. Крайний Север – это и мощный источник природных ресурсов. Их интенсивное освоение в последние десятилетия, оказывает все большее негативное влияние на природные ландшафты, что обуславливает необходимость интенсификации всестороннего изучения северных экосистем, уязвимых техногенному воздействию; предполагает активизацию разработки стратегии сохранения эталонных ландшафтов и редких видов; определяет потребность в оценке устойчивости природных комплексов и потенциала их естественного восстановления. Учитывая большой интерес широкого круга исследователей к проблемам изучения экосистем Крайнего Севера, проявленный на предыдущей конференции с одноименным названием, принято решение следующее совещание по данной тематике провести в ноябре 2017 г. в г. Сыктывкаре.

Инициаторами научного мероприятия выступают Институт биологии Коми НЦ УрО РАН, Коми отделение РБО, Министерство промышленности, природных ресурсов, энергетики и транспорта Республики Коми, Управление Росприроднадзора по Республике Коми.

На конференцию приглашаются ученые и специалисты научных центров, институтов, высших учебных заведений, сотрудники особо охраняемых природных территорий Крайнего Севера, представители органов государственной власти, руководители заинтересованных организаций и предприятий.

ib.komisc.ru

Задания для подготовки к олимпиаде по экологии

Описание слайда:

Проблема утилизации ТБО 9. Для повышения эффективности раздельного сбора бытовых отходов в ряде зарубежных стран контейнеры окрашивают: а) в зеленый цвет, символизирующий живую природу; б) в различные цвета, соответствующие тому или иному виду отходов; + в) в любые яркие цвета, привлекающие глаз; г) в серый цвет, не привлекающий внимание птиц, растаскивающих отходы из контейнера. 10. За последние 50 лет объем твердых бытовых отходов на Земле: а) имеет тенденцию к увеличению; + б) имеет тенденцию к уменьшению; в) не изменяется; г) не имеет выраженной тенденции изменения. Проблема особо охраняемых природных территорий 11. В настоящее время государственных природных заповедников в нашей стране насчитывается (укажите наиболее близкое число): а) 100; + б) 50; в) 30; г) 20. 12. Укажите наиболее полное определение особо охраняемой природной территории, принятое в Российской Федерации: а) участок земли, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение; б) участок земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, имеющие особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые полностью или частично изъяты решениями органов государственной власти из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны; + в) участок водной поверхности и воздушного пространства над ним, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение; г) участок земли, водной поверхности и воздушного пространства над ними, где располагаются природные комплексы и объекты, которые имеют особое природоохранное, научное, культурное, эстетическое, рекреационное и оздоровительное значение, которые полностью изъяты решениями органов государственной власти из хозяйственного использования и для которых установлен режим особой охраны. 13.К особо охраняемым природным территориям в нашей стране не относится: а) национальный парк б) природный парк в) дендрологический парк г) зоологический парк +

infourok.ru

7.3. Изменение лесных экосистем во времени

Основным механизмом смены поколений деревьев, поддержания специфической мозаичности лесов и высокого биологического разнообразия во многих типах леса является динамика, связанная с гибелью отдельных старых деревьев или их групп, образования за счет этого «окон» в пологе древостоя и формирования в этих окнах групп молодых деревьев. Этот механизм постепенной смены поколений деревьев получил название оконной динамики (а соответствующая ей мозаичность лесных экосистем – оконной мозаики). В настоящее время оконная динамика является основным механизмом самоподдержания естественных тропических, субтропических и бореальных влажных («дождевых») лесов, а также некоторых наименее затронутых хозяйственной деятельностью человека лесов таежной зоны. /35/.

Четко выраженная оконная динамика наблюдается в лесах, в течение очень длительного времени (существенно превышающего время жизни основных видов деревьев) не подвергавшихся воздействию катастрофических нарушений – пожаров, вырубок, сельскохозяйственных расчисток и т.д. Для таежной зоны Европейской России этот срок составляет 200-500 лет, увеличиваясь с юга на север, от более влажных регионов к более сухим и от участков с более богатыми почвенными условиями к более бедным участкам. Связано это с тем, что после катастрофических нарушений, как правило, формируется относительно одновозрастное и простое по структуре первое поколение деревьев, развивающееся относительно синхронно и потому относительно синхронно гибнущее от старости, болезней и вредителей. Более или менее равновесный характер оконной динамики устанавливается лишь по мере роста распада следующего, хотя бы относительно разновозрастного поколения деревьев.

Сохранились, однако, участки таежных лесов, где оконная динамика древесного яруса и связанная с ней мозаичность всех остальных ярусов леса существуют в течение тысячелетий. В Европейской России такие леса особенно характерны для ненарушенных промышленными рубками участков западного макросклона Среднего и Северного Урала, но отдельные их участки можно встретить и в других частях таежной зоны.

На изменение лесных экосистем огромное влияние оказывают лесные пожары.

Лесные пожары – явление достаточно обычное для большей части таежной зоны Европейской России. Более того: лесные пожары в тайге настолько обычны, что некоторые исследователи рассматривают тайгу как множество гарей разного возраста – точнее, множество лесов, сформировавшихся на этих гарях. Многие исследователи считают, что лесные пожары являются если не единственным, то, по крайней мере, главным естественным механизмом обновления лесов, смены старых поколений деревьев молодыми /35/.

Однако, говоря о пожарах как о естественном механизме смены поколений деревьев в лесах, надо иметь в виду несколько важных соображений. Во-первых, подавляющее большинство пожаров в лесах Европейской России имеет антропогенное происхождение , т.е. связано с деятельностью человека. Во-вторых, горимость лесов (т.е. возможность их загорания и возможность распространения пожара на большую площадь) зависит от многих факторов, в том числе и от возраста последнего пожара (таким образом, если пожар возник от естественной причины – молнии – в легко воспламеняющемся молодом лишайниковом сосняке, обязанном своим существованием антропогенному пожару, то «естественность» этого пожара является достаточно спорной). И третье, самое важное. Таежная зона Европейской России была населена племенами охотников и рыболовов уже много тысячелетий назад, практически сразу после отступления последнего оледенения с северной части этой территории. Деятельность первобытных племен, вынужденных постоянно поддерживать открытый огонь, безусловно, была важной причиной лесных пожаров. О роли человека в возникновении таежных пожаров в более поздние исторические периоды сохранились многочисленные документальные свидетельства, позволяющие считать, что уже много столетий назад человек безусловно лидировал среди всех возможных источников пожаров, так же как лидирует в настоящее время.

Таким образом, лесные пожары, с одной стороны, в большинстве случаев являются разновидностью антропогенных нарушений таежных экосистем. С другой стороны, вызванные деятельностью человека таежные пожары начали возникать столь давно, что их можно считать не столько нарушением, сколько одним из ведущих факторов истории формирования современной тайги; кроме того, они имеют и природные аналоги – пожары, вызываемые молниями во время сухих гроз. То есть, таежные пожары являются древним полуестественным механизмом формирования лесных экосистем и смены поколений древесных пород. Под воздействием пожаров в пределах таежных массивов формируется своеобразная, постоянно меняющаяся во времени, но тем не менее вполне устойчивая на большой площади структура ландшафтов. Этот механизм формирования лесного ландшафта и смены поколений древесных пород, называемый пирогенным, характерен для большей части сохранившейся до наших дней таежных лесов. Однако, его характер (типичная частота пожаров, доля пожарных рефугиумов – участков, обычно не подвергающихся воздействию пожаров, интенсивность пожаров) существенно зависит от местных особенностей.

Под воздействием современной хозяйственной деятельности леса с пирогенной динамикой существенно изменяются. Пожары, возникающие вокруг лесосек и дорог, коренным образом изменяют веками складывавшуюся структуру таежных ландшафтов, – изменяется частота пожаров, исчезают пожарные рефугиумы, упрощается характер лесной мозаики. Веками складывавшееся равновесие нарушается катастрофическим образом, и предсказать, к каким последствиям для биологического и ландшафтного разнообразия таежных лесов приведут такие последствия хозяйственной деятельности человека, сейчас не всегда представляется возможным.

Способы преобразования человеком дикой таежной природы весьма многообразны. Среди важнейших видов воздействия хозяйственной деятельности человека на таежные экосистемы Европейской России можно назвать рубки леса, лесные пожары, добычу полезных ископаемых, загрязнение атмосферы, осушение болот и заболоченных лесов, уничтожение естественной флоры и фауны и занос новых видов, создание лесных культур(плантаций) и т.д. Каждый из этих видов хозяйственной деятельности в каждом конкретном случае может приводить к совершенно различным последствиям, вызвать совершенно разную степень нарушения естественных процессов в лесных экосистемах и разные по характеру и интенсивности восстановительные процессы. Однако, любое достаточно интенсивное хозяйственное вмешательство человека в жизнь естественных лесных экосистем приводит к нарушению происходящих в них естественных процессов развития древесного яруса и смены поколений деревьев, характера экосистемной мозаичности и его изменения во времени, жизни всех ярусов и элементов леса. Практически про любой вид интенсивного хозяйственного использования человеком естественных лесных экосистем можно сказать, что он приводит к упрощению этих экосистем, утрате ими части своих свойств и функций, утере естественных особенностей структуры и динамики. Леса, в прошлом преобразованные интенсивной хозяйственной деятельностью человека (например, леса, возникшие на месте сплошных вырубок или сельскохозяйственных расчисток) и за прошедшее после нарушения время еще не успевшие восстановить естественный характер структурно-динамической организации, получили название вторичных лесов. Понятие»вторичный лес», так же как и понятие «малонарушенный естественный лес», основывается не только на структуре и составе конкретного маленького участка леса (например, участка 10 на 10 метров), но и на характере организации лесной экосистемы в целом, ее пространственной структуре.

Граница между малонарушенными естественными лесами и лесами, сильно преобразованными хозяйственной деятельностью человека (т.е. вторичными лесами), весьма условна. Однако, большая часть лесов таежной зоны Европейской России безусловно может быть отнесена ко вторичным лесам. В целом по всей территории таежной Европейской России на вторичные леса приходится более 90 % площади незаболоченных лесов, причем их доля сильно изменяется с юга на север. Так, в полосе южной тайги доля вторичных лесов составляет по меньшей мере 98 % от общей площади незаболоченных лесов, в то время как на севере Европейской России эта доля составляет около 80 %. Таким образом, вторичные леса в таежной зоне Европейской России – это отнюдь не леса небольших сильно нарушенных территорий, вкрапленные в общий фон естественных таежных экосистем, а наоборот – общий фон, в который вкраплены до сих пор сохранившиеся малочисленные массивы естественной тайги.

По мере развития вторичных лесов происходит постепенное восстановление естественной структурно-динамической их организации. Чем больше срок, прошедший с момента крупномасштабного антропогенного нарушения, тем ближе структура леса к естественной; однако, процесс восстановления естественной структуры не является монотонным. Время восстановления сравнимой с естественной устойчивой во времени структуры древесного яруса вторичных лесов зависит от характера и интенсивности исходного нарушения, местных климатических и почвенных условий и может изменяться от 150-200 лет до нескольких столетий; восстановление естественной структуры нижних ярусов леса, как правило, происходит с еще большей задержкой. В качестве примера можно привести один из типичных вариантов развития вторичных лесов и восстановления естественного характера структурно-динамической организации лесов на условно-сплошных вырубках в естественных елово-пихтовых крупнопапоротниковых лесах на севере Пермской области. При условно-сплошных рубках происходит удаление большей части исходного древесного яруса (как правило, 50-70 % по запасу древесины) и усыхание части оставшихся на корню деревьев (особенно пихты). Однако, сохраняется довольно значительная часть подроста хвойных деревьев, и относительно небольшая часть исходного древостоя (преимущественно тонкомерные и поврежденные деревья). После рубки можно наблюдать следующие этапы формирования и развития вторичных лесов /35/.

От 0 до 20 лет происходит формирование мелколиственного (березового с примесью осины и ивы козьей) молодняка, к концу данного периода обгоняющего по высоте большую часть сохранившегося подроста хвойных деревьев.

В период свыше 20 и до70 лет осуществляется практически полное смыкание крон мелколиственного молодняка, формирование наиболее однородного по структуре вторичного березово-осинового древостоя. Подрост хвойных деревьев, сохранившийся при рубке и/или образовавшийся после рубки, постепенно образует более или менее густой второй ярус древостоя. На этом этапе вторичные леса характеризуются наименьшими мозаичностью экологических условий под пологом леса и количеством валежа, наибольшими выравненностью световых условий и степенью разрушения ветровалового почвенного микрорельефа.

От 70 до 130 лет наблюдается постепенный распад сомкнутого мелколиственного полога и выход хвойных деревьев (преимущественно ели) в верхний полог древостоя. К концу периода – завершение распада мелколиственного полога и формирование условно-разновозрастного древостоя, преимущественно образованного елью, и начало его распада (выпадение отдельных наиболее крупных деревьев).

После 130 лет (к сожалению, дальнейшее развитие данного процесса можно рассмотреть лишь гипотетически, поскольку подобрать участки вырубок такого возраста, достоверно сопоставимые с современными, не представляется возможным). Постепенный распад условно-разновозрастного древостоя, формирование типичной оконной мозаики древесного яруса, восстановление разновесной доли в составе древостоя пихты и березы. Накопление крупномерного валежа и восстановление ветровального почвенного микрорельефа. Постепенное восстановление естественной структуры травяно-кустарничкового покрова. В целом, тенденции развития растительности на наиболее старых вырубках этого типа позволяют предположить, что для полного восстановления исходного ее характера в данных условиях и при данном типе рубок требуется не менее 200 лет.

Приведенный выше пример иллюстрирует один из наиболее быстрых вариантов восстановления естественной структурно-динамической организации лесов; при более интенсивных нарушениях (сплошных рубках без сохранения подроста и тонкомера, расчистках, больших пожарах) или в менее благоприятных климатических условиях восстановительные процессы проходят значительно медленнее.

Устойчивость поведения экосистемы во времени описывается с помощью нескольких терминов. Прежде всего, процесс возвращения упругой системы в исходное состояние после снятия воздействия называется релаксацией. Типичным примером релаксации является сукцессионная демутация. Кроме того, различают еще понятие гомеокинез, или гомеорез – устойчивое развитие открытой системы в определенном направлении. Р.Тома следующим образом комментирует введенный К.Х. Уоддингтоном (1970) термин «гомеорез» для описания онтогенеза: «Различия между «гомеостазом» и «гомеорезом» легко улавливается специалистом в области дифференциальных уравнений. Понятие гомеостаза означает, что точка, изображающая состояние системы, находится в окрестности положения устойчивого равновесия в фазовом пространстве; понятие гомеореза означает, что точка находится в окрестности инвариантного множества траекторий К, представляющего собой центр притяжения (или по крайней мере просто «центр») для близких траекторий» /7/.

Обобщая, можно заметить, что экосистемы могут развиваться, стремясь к некоторому устойчивому состоянию динамического равновесия, не обязательно достигая его. Типичным примером гомеореза является эндоэкогенез биогеоценозов по В.Н. Сукачеву. В таежной зоне наземные биогеоценозы развиваются в сторону климакса – лесных биогеоценозов, эдификаторной синузией которых являются еловые, пихтовые или лиственничные древостои.

Рассмотрим более подробно изменение экосистем во времени на уровне биогеоценозов (БГЦ) – экосистем средних размеров, элементарных структурных единиц биохимических процессов в биосфере. Различаются следующие изменения БГЦ:

1. периодические процессы – циклы,

2. случайные процессы – флуктуации,

3. направленные процессы – тренды.

В циклах БГЦ периодически повторяет одно и то же (или близкое) состояние через равные (или почти равные) промежутки времени. Циклы обусловлены космическими или климатическими факторами, например, суточными и годичными циклами, 11-летним циклом солнечной активности и др.

При флуктуациях БГЦ возвращается в одно и то же (или близкое) состояние через промежутки времени случайной длительности. Флуктуации вызываются нарушением погодных условий, резким колебанием грунтовых вод, массовым ветровалом в лесу и т.п. Катастрофой можно считать флуктуацию за пределы «нормы», устойчивости или гомеостаза БГЦ.

Тренд означает тенденцию БГЦ к направленному закономерному изменению под действием внешних, а иногда внутренних причин, как правило, без повторения своих предыдущих состояний. Эти изменения представлены прежде всего сукцессией и эволюцией.

Сукцессия является последовательным изменением БГЦ (в более узком смысле – биоценоза). Она представляет собой замену и «перетасовку» составляющих биоценоз популяций без принципиального изменения в них самих, но с возможным последующим возможным изменением и биотопа. Длительность сукцессий составляет от десятков до нескольких сотен и даже десятков тысяч лет. Их можно рассматривать как частный случай гомеореза. Обычно более длительные изменения связаны с эволюцией экосистемы – появлением нового для данного региона типа биогеоценоза за счет привлечения видов из другого региона или эволюционно молодых видов, а также исключения старых участников. Эволюционные изменения в БГЦ необходимо учитывать в долгосрочной перспективе в районах атмосферного загрязнения.

При устойчивом управлении лесами необходимо принимать во внимание масштабы времени, так как некоторые тренды могут быть проявлением очень длительных периодических процессов. В то же время, при совпадении фазы цикла с флуктуацией происходит усиление или ослабление амплитуды колебаний БГЦ вблизи траектории его направленного изменения. По масштабам времени наиболее важны сукцессии для таежных территорий, где антропогенная нагрузка возрастает, лесное хозяйство слабо развито и где действуют природные механизмы регуляции экосистем.

Формирование биоценоза и соответствующего БГЦ начинается с заселения свободной территории, появившейся в результате аллювиальных наносов, снижения уровня озера, торфоразработок и т.д. Такая сукцессия называется первичной. Если сукцессия начинается в БГЦ после его сильного разрушения, то она называется вторичной. В любом случае лесная сукцессия начинается с поселения и господства первопоселенцев (пионеров), таких как ива, ольха серая, береза, осина. Далее сукцессия проходит ряд стадий и заканчивается климаксовым БГЦ, характеризующимся относительно устойчивым состоянием. В таежных условиях в качестве климаксовых БГЦ развиваются ельники, восточнее – пихтарники, лиственничники, реже на некоторых почвах – другие БГЦ, например, сосняки сфагновые в условиях избыточного застойного увлажнения /7/.

Климаксовые БГЦ опознаются по следующим признакам:

1. наибольшей встречаемости при данных климатических и почвенных условий впоследствии конвергенции (сходимости) всех БГЦ к климаксу и его сравнительно высокой устойчивости;

2. хорошо выраженной средообразующей роли доминанта-эдификатора, в результате чего сохраняется постоянство состава биоценоза и исключается подселение случайных организмов;

3. сбалансированности энергетического цикла, выражающейся в примерном равенстве валовой продукции и дыхания;

4. максимизации биомассы при наличии самовозобновляющихся популяций, что приводит к максимальной внутрипопуляционной дифференциации по возрастам и размерам особей;

5. максимизации видового разнообразия.

Если закономерный процесс развития БГЦ в сторону климакса нарушается внешним воздействием, то БГЦ «отбрасывается» на более ранние стадии сукцессии, а затем в процессе восстановительной сукцессии (демутации) снова восстанавливает свою траекторию. В этом проявляется упругая устойчивость БГЦ.

Автогенная сукцессия (автогенез) обусловлена внутренними для экосистемы процессами. В ней различают сингенез и эндоэкогенез. Сингенез обусловлен изменением структуры биоценоза (прежде всего фитоценоза) в связи с размножением организмов и ростом составляющих биоценоз популяций. В типичном виде сингенез проявляется на первых стадиях автогенеза и известен в лесоведении как смена пород. Началом сингенеза часто является вырубка древостоя, лесные пожары, заповедывания, появление залежей среди сельскохозяйственных угодий, зарастание техногенных отвалов и др. Эндоэкогенез является результатом взаимодействия биоценоза с биотопом, когда развитие биоценоза ведет к глубоким изменениям в биотопе, что в свою очередь влияет на биоценоз. Эндоэкогенез чаще проявляется на заключительных стадиях автогенеза.

Рассмотрим автогенез ельников черничных в Карелии, который начинается с возобновления вырубки елью и проходит без смены пород (Казимиров, 1971). В этих условиях ель проявляет в полной мере свои эдификаторные свойства. Эдафотоп практически не изменяется. Еловый древостой проходит ряд стадий развития: от условно одновозрастного (до 280 лет), через относительно разновозрастный (до 520 лет), до абсолютно разновозрастного, сохраняющегося неопределенно длительное время, если отсутствуют сильные внешние воздействия. Основные таксационные показатели изменяются волнообразно. Средний возраст с распадом первого поколения ели резко снижается, по мере появления и роста следующих поколений – возрастает, но снова снижается с распадом второго поколения и т.д. Аналогично изменяются и важнейшие таксационные показатели: полнота, средняя высота, запас древесины, текущий прирост запаса и т.д. Однако, можно заметить уменьшение амплитуды показателей и «асимптотическое приближение к некоторым предельным показателям, характеризующим климаксовое состояние, которое можно рассматривать как цель развития экосистемы, впрочем, никогда недостижимую впоследствии неизбежных колебаний условий окружающей среды. Можно предполагать, что климаксовый ельник характеризуется максимальным разнообразием еловых деревьев по возрасту, размеру и другим показателям и представляет собой мозаичную смесь («пестроту») парцелл с древостоем разного возраста, возникшим в разное время в окнах первоначального древостоя. Можно также предполагать, что видовое разнообразие в целом увеличивается.

Аналогичная сукцессия без смены пород происходит также в сосняках Карелии на сухих бедных почвах (Зябченко, 1984). В естественном возобновлении сосны решающее значение имеют пожары, возникающие в сосняках почти с регулярной частотой и обеспечивающие их устойчивость (Санников, 1992). Но более часто, особенно на сравнительно богатых почвах средней и южной тайги, после сплошных рубок древостоя доминирование хвойных пород сменяется доминированием осины и березы. Например, после сплошной рубки хвойного древостоя в условиях кисличных и черничных свежих БГЦ в течение нескольких лет появляются осина и береза. Далее, в течение 20 и более лет, формируются осиновые и березовые древостои, в почве усиливается процесс образования дерна. Затем в древостое появляется второй ярус ели, усиливается подзолообразование. Это наиболее длительный этап сукцессии до распада осинового и березового древостоя, после чего развивается ельник вплоть до появления субклимаксового или климаксового состояния. Аллогенная сукцессия (аллогенез) вызывается внешними причинами – изменением биотопа (интенсивности атмосферного загрязнения, гидрологического режима, климатических условий) или воздействием на фитоценоз (повышением рекреационной нагрузки, сенокошением, выпасом скота). Аллогенез обычно происходит путем изменения автогенеза. Зональные особенности сукцессий подробно описаны в книге Ю.А. Исакова, Н.С. Казанской и А.А. Тишкова (1986).

Опыт учета экологических сукцессий для оптимального управления лесными ресурсами отражен в работах А.К. Черкашина (1981), а также М.Д. Корзухина и В.Н. Седых (1982).

Таким образом, экосистемы имеют авторегуляцию и траекторию развития во времени — «цель», с которой необходимо считаться для устойчивого управления ими. Какова же цель авторегуляции в экосистемах? Цель биоценоза заключается в максимальном использовании падающей на Землю солнечной радиации при тех почвенных условиях, которые характерны для данного региона. В соответствии с представлением об иерархии целей в биосистемах (Новосельцев, 1978) можно считать, что высшая цель экосистемы связана с сохранением темпов производства органического вещества , связывающего солнечную энергию. Сохранение же видового состава и численности отдельных популяций представляет собой цель более низкого порядка; оно целесообразно лишь поскольку, постольку способствует достижению указанной высшей цели.

Для устойчивого управления лесными экосистемами необходимо учитывать тот факт, что любое изменение управляющего сигнала обязательно приводит к возникновению в объекте управления (экосистеме) противодействия, стремящегося сохранить прежнее устойчивое его состояние или прежнюю траекторию устойчивого развития.

studfiles.net

Арктические экосистемы

Арктические (полярные) пустыни — это наземные экосистемы, развивающиеся в экстремальных экологических условиях, характеризующихся дефицитом тепла, повсеместным распространением многолетней мерзлоты и наземным оледенением, видовой бедностью сообществ и др. Они занимают острова Земли Франца-Иосифа, Северную Землю, северную часть полуострова Таймыр, Канадского архипелага, Гренландию и др. Климат здесь очень суровый, причем низкие температуры воздуха сочетаются с сильными ветрами и значительной влажностью воздуха. Здесь особый режим солнечной радиации, для которого характерны продолжительная полярная ночь и полярный день, что требует особых адаптаций организмов для своей жизнедеятельности. Так, на о. Земля Франца-Иосифа наземное оледенение занимает 85% площади острова, в Гренландии — около 80% и т. д., а свободные ото льда участки суши покрыты разреженной растительностью, представленной преимущественно лишайниками и мхами. На Земле Франца-Иосифа флора цветковых растений насчитывает всего 50 видов, в то время как лишайников и мхов — более 200 видов. Преобладают главным образом стелющиеся и подушкообразные жизненные формы растений. Биомасса растений — менее 50 ц/га. Низкая продуктивность растительности служит одной из причин бедности животного мира (лемминги, песец, белый медведь, изредка — северный олень). Однако для полярных пустынь характерны так называемые птичьи базары, иногда украшающие это белое безмолвие. Морские птицы разнообразны: полярная чайка, пуночка, толстоклювая кайра, малая гагарка, серебристая крачка, глупыш и др. Эти экосистемы весьма чувствительны к антропогенным воздействиям, поэтому здесь начата организация различных природных охраняемых территорий.[ …]

РАЗМЕР ЭКОСИСТЕМЫ — пространства (объем), при наличии которого возможно осуществление процессов саморегуляции и самовосстановления совокупности составляющих экосистему средообразующих компонентов и элементов. Размер любой системы, в том числе экологической, не может определяться в физических единицах измерения (длины, площади, объема и т. д.), но лишь системной мерой, учитывающей осуществимость протекающих процессов обмена и управления. Например, водные экосистемы иногда занимают очень незначительные объемы (пруд, небольшое озеро), в то время как элементарные арктические экосистемы суши отнимают нередко сотни и тысячи гектаров.[ …]

Полярные травянистые экосистемы или арктические тундры. Они расположены в районах, прилегающих к арктическим ледяным пустыням. Большую часть года тундры находятся под воздействием штормовых холодных ветров и покрыты снегом и льдом. Зимы здесь очень холодные и темные. Осадков немного, и выпадают они в основном в виде снега.[ …]

Адаптируемость морских арктических экосистем к новым климатическим условиям (связанным с глобальным потеплением) будет осложняться антропогенными препятствиями, обусловленными интенсивной нефтегазодобычей в шельфовых зонах. В частности, сокращение площади морских льдов может привести к снижению степени континентальности климата Арктики, повышению количества твердых осадков с последующим ростом ледников Арктики и Субарк-тики. Трансформация арктических экосистем (включая морские шельфы) в термодинамическом смысле отвечает принципу Ле-Шателье. Однако такое равновесие экосистемы является динамическим и в количественном отношении будет определяться интенсивностью отбора углеводородного сырья и его выносом в окружающую среду. Поэтому управление безопасностью в российском секторе Арктики при интенсивном развитии нефтегазодобывающей и транспортной инфраструктуры должно основываться на исследованиях в рамках синергетики, опирающейся на методологию анализа и синтеза сложных систем, предполагающих немонотонность их эволюционирования, а следовательно, нелинейность и множественность путей переходов из устойчивого состояния в неустойчивое и обратно.[ …]

В ходе экологического мониторинга поисковооценочных работ на арктическом шельфе РФ в период 1996—2000 гг. значимого воздействия на экосистемы бурения скважин не установлено.[ …]

С другой стороны, это почвенный покров и растительность, животный мир в целом, экосистемы, составляющие основу окружающей природной среды, биологически функционирующей и возобновимой. Их рациональное использование и охрана являются основой нормального функционирования всех биологических систем как арктического региона, так и Севера в целом.[ …]

Еще одна проблема миграция радионуклидов по экологическим цепям. За время долгой арктической зимы (снежный покров более 9 месяцев) газоаэрозольные выбросы будут частично осаждаться на снег по розе ветров. К сожалению, данные по розе ветров в Певеке и Дудинке в проектных материалах отсутствуют и это не позволяет исключить особой опасности для названных поселков газоаэрозольных выбросов ПАЭС. В период бурной арктической весны все эти накопления превратятся в залповый сброс радиоактивности. Известно, что благодаря значительным коэффициентам биоаккумуляции и биоконцентрации арктические народы получали значительные дозы внутреннего облучения через цепочку ягель олень человек. И этот аспект деятельности ПАЭС требует анализа и прогноза, отсутствующих в материалах проекта.[ …]

В настоящий момент потенциальные антропогенные воздействия ОАО «Газпром» на морские арктические экосистемы связаны с проведением поисковооценочных работ на лицензированных площадях с плавучих буровых установок (ПБУ).[ …]

Если ледниковые купола и были в Арктиде, то прямых следов от них не осталось. Подпочвенные льды арктических островов и побережья моря Лаптевых представляют собой весьма своеобразное образование и в самом деле мало походят на погребенные остатки настоящего ледника. У них меньше плотность, нет следов пластического течения и других признаков ледниковой динамики. Геологи из Магадана, настаивающие на том, что льды были сублимированы из почвенного воздуха, представляют убедительные доказательства своей правоты. Такой лед, перекрытый сверху толщей ветровых наносов, в условиях арктического климата может сохраняться очень долго. В принципе можно допустить, что такие наносные почвы частично распространялись и на многолетние паковые льды Полярного океана. Значит, как считают С. В. Томир-диаро и его сотрудники, экосистемы древней мамонтовой степи могли существовать прямо над морем. Но это предположение чрезвычайно трудно проверить. Что же касается прочих предположений о строении Арктиды, то они поддаются проверке, пока ледяные острова еще не стерты с лица Земли.[ …]

Как показали прогнозы специалистов /9,10/, при существующей практике природопользования к 2005 году будут разрушены экосистемы на 20-30% арктических площадей, составляющих в основном всю территорию их активного освоения. Между тем, длительность восстановления нарушенных ландшафтов составляет от 15 до 100 лет.[ …]

Российская Федерация — самая крупная страна мира и занимает территорию свыше 17 ООО тыс. км2 (11,4% суши планеты). В России представлены экосистемы девяти биомов: полярные пустыни, арктические и субарктические тундры, лесотундры, тайга, широколиственные леса, лесостепи, степи, полупустыни и пустыни. Около 69% земель России приходится на леса, которые составляют 22% от площади лесов мира (и 26% по объему запасов древесины). Второе по площади место среди типов естественных угодий принадлежит природным сенокосам и пастбищам— свыше 4 млн.км2. Морские побережья России имеют протяженность около 60 тыс. км. Россия обладает самыми богатыми в мире ресурсами водно-болотных угодий (около 120 тыс. рек общей длиной 2,3 млн. км, около 2 млн. озер общей площадью 370 тыс.км2, 1990,8 млн. км2 болот). В России находятся местообитания многих редких и исчезающих видов растений и животных, включенных в Красную Книгу Всемирного союза охраны природы и Красную Книгу России (атлантический морж, серый тюлень, белый медведь, редкие виды гусей, казарок, лебедей, хищные птицы и др.) и крупные популяции ряда видов, находящихся на гране исчезновения в иных регионах мира (медведь, волк и др.). Сохранение биоразнообразия т Ии обеспечивается более чем 15,5 тыс. различных охраняемых природных территорий (разных категорий, режима охраны, уровня управления), общая площадь которых превышает 11% площади страны.[ …]

В морских и речных бассейнах Якутии сосредоточены значительные ресурсы морских млекопитающих и популяций ценных видов рыб. В субарктической и арктической зонах водные экосистемы пока еще относительно слабо затронуты антропогенным воздействием — по сравнению с остальной территорией Якутии. Однако несовершенное природоохранное законодательство, слабая изученность современного состояния популяций китовых, ластоногих и рыб приводит к тому, что стратегия промысла определяется не биологической целесообразностью, а экономическими факторами. Желание получить максимальную прибыль, и в короткие сроки, ведет к подрыву запасов животных и ставит некоторые их популяции на грань исчезновения.[ …]

Биогеоценозы крайне разнообразны и в различной степени насыщены живыми организмами. Соответственно скорость биотического круговорота и, следовательно, его продуктивность заметно различаются. В водных экосистемах круговорот совершается быстрее, чем в наземных, в тропических зонах его скорость и продуктивность выше, чем в арктических.[ …]

Значительную работу по исследованию распространения основных загрязнителей проводят Скандинавские страны, выделяющие также необходимые средства для практического решения проблемы сокращения техногенных нагрузок на морские экосистемы. Результаты исследований и опыт по прогрессивным инженерным решениям регулярно обсуждаются на объединенных семинарах Дог -серии. Накоплены данные о загрязнении хлорорганикой донных осадков и моллюсков Северного и Балтийского морей. По остальной части Арктического бассейна сведения отсутствуют, хотя наличие хлорорганического загрязнения, например, от предприятий целлюлозно-бумажной промышленности на водосборе Белого моря представляется очевидным. Более того, с ним можно связать «необъяснимые» факты массовой гибели тюленей в этих водах.[ …]

Способами обеспечения водой населения служат непосредственный забор питьевой воды в реках и открытых водоемах (доступен исключительно в малонаселенных районах, не имеющих развитого промышленного и агропромышленного производства), арктический лед, артезианские скважины (высокая стоимость, несоответствие экологическим принципам). Артезианский забор воды в США идет на 25% быстрее, чем его пополнение. Промышленная откачка воды из артезианских скважин приводит к провалам почвы и нарушению территориальной экосистемы, особенно на ограниченных территориях мегаполисов и больших городов. Примером может служить опускание всего анклава лагуны Венеции. Указанные причины привели к тому, что питьевая вода стала весьма ценным продуктом, в развитых странах ее стоимость приближается к стоимости бензина. Поэтому если в глобальном масштабе питьевой воды более чем достаточно, то на локальном уровне ее запасы ограничены. К тому же питьевая вода крайне неравномерно распределяется по регионам, внутри стран и по временам года.[ …]

Проблема состоит в том, чтобы установить роЛь каждого из них или по крайней мере выявить в каждом конкретном случае основной фактор. Неоднократно отмечалось, что флуктуации плотности видовых популяций от года к году сильнее выражены в относительно простых экосистемах, в которых в сообщество объединено относительно мало популяций (т. е. при небольшом видовом разнообразии, гл. 6), как, например, в арктических сообществах и в сообществах насаженного соснового леса.[ …]

Многие представляют себе Арктику как бесплодную область, не имеющую для людей ни интереса, ни ценности. Независимо от того, каким будет результат современных попыток человека использовать Арктику, эта обширная область заслуживает большого внимания уже по одному тому, что ее экология сильно упрощена. Вследствие мощного ограничивающего воздействия .температуры лишь сравнительно немногие виды смогли приспособиться к условиям Крайнего Севера. Поэтому живая часть экосистемы строится вокруг сравнительно небольшого числа основных видов. Арктические исследования помогают понять более сложные системы в других районах, ибо такие основные отношения организмов, как пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни, здесь упрощены и их легко осмыслить. Элтон давно понял это и в 20— 30-х годах провел много времени в арктических районах, изучая их экологию. Он одним из первых четко обрисовал вышеупомянутые принципы. Итак, для начала действительно лучше всего знакомиться с пищевыми цепями, характерными для Арктики.[ …]

Растущие концентрации С02 в атмосфере могут привести к глобальному потеплению, которое, по-видимому, в свою очередь, способствует более активной минерализации органического вещества в тундровых и торфяных почвах, что усиливает потери С02 и ускоряет темпы глобальных климатических изменений. До недавнего времени тундровые и различные заболоченные почвы, а также торфяники выступали в качестве мировых хранилищ почвенного углерода; особенно после отступления последних материковых ледников. Ожидаемые потери углерода тундровыми и болотными экосистемами во время глобального потепления при разных вариантах климатических сценариев изучались в лабораториях на монолитах, взятых из соответствующих почв, а также путей компьютерного моделирования. Мы знаем теперь, что в результате таяния арктических льдов вследствие глобального потепления климата будут иметь место абсолютные потери углерода из тундровых почв, оказавшихся в более теплых и влажных условиях, чем те, в которых почвы сформировались.[ …]

ru-ecology.info

Городские экосистемы, факторы устойчивости и отличие от внегородских.

Городские экосистемы отличаются от всех видов внегородских (даже от т.н. «устойчивого хуторского ландшафта») не только предельной нарушенностью почвы и растительности, сильной обеднённостью фауны; в конце концов, даже климаксный бореальный или широколиственный лес есть мозаика пятен, представляющих собой нарушения на разных стадиях зарастания. Главное отличие в том, что в городе наблюдаются такие системные диспропорции, которые никогда не фиксируются в однотипных природных сообществах (с аналогичными почвенными условиями и растительностью).

Первая – это техногенная аридизация климата. Городские экосистемы – это не просто «острова» лесных, кустарниковых или травянистых биотопах, разделённые зданиями, сооружениями и коммуникациями. Город отличается тем, что растительные сообщества лесной зоны существуют в условиях, соответствующих положению на 200-300 км южнее, то есть зоне сухих степей и полупустынь.

Так, в исследованиях Э.Г.Коломыца с соавт. (2000) выявлена общая тенденция урботехногенной аридизации лесных экосистем (исследовали экосистемы двух полигонов в низменном Заречном районе Нижнего Новгорода: 1) лесопарковый массив «Стригинской Бор» с достаточно высокой рекреационной нагрузкой и слабым загрязнением природных сред; 2) Сормовский городской парк культуры и отдыха, испытывающий сильное геохимическое воздействие от окружающих его промышленных предприятий и автотранспортных магистралей и также подверженный рекреации. Эталоном для сравнения послужил сосново-лесной участок заповедника «Керженский», находящийся в 50 км к северо-востоку от Нижнего Новгорода (Низменное Заволжье) в аналогичных геолого-геоморфологических и биоклиматических условиях.).

Почвы Нижнего Новгорода по гидротермическому режиму и по однозначному сдвигу обменной кислотности в щелочную сторону приближаются к аридному (пустынно-степному) типу, в отличие от зональных дерново-подзолистых почв, что сопровождается их активным засолением. Совместное геофизическое и геохимическое техногенное воздействие вызывает общий кумулятивный эффект — экстразональное опустынивание природного комплекса. В первую половину лета температура почвы в Стригинском бору и Сормовском парке оказывается на 2-8°С выше, а влажность на 5-10% ниже, чем в Керженском заповеднике. Запасы влаги в метровом слое почвы оказались меньше в 1,5-3 раза — соответственно 60-100 мм и 40-160 мм по сравнению с 160- 220 мм.

В спонтанных условиях этот гидротермический сдвиг отвечает меридиональному смещению территории города к югу на 200-300 км — от смешанно-лесной зоны в зону лесостепи. Наиболее существенные гидротермические сдвиги (температуры почвы на 6-8⁰С, влажности на 25-35%, запасов влаги в слое 1 м на 200-300 мм) свойственны трансаккумулятивным и аккумулятивным геотопам. Происходит пространственное выравнивание локальных гидротермических полей, при одновременном росте их неупорядоченности, мозаичности.

На примере почв Автозаводского городского парка удалось проследить не только тенденцию, но и скорость геохимических изменений лесных почв за 50-летний период (1939-1989 гг.). В конце 30-х годов, когда работа предприятий ГАЗ только начиналась, в парке не было нейтральных и слабощелочных почв. Спустя 50 лет они составляли уже более 10% от общего количества обработанных нами образцов. Сдвиг рН составил в среднем 2% в год.

Техногенное подщелачивание почв снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность [выступая механизмом устойчивости городской экосистемы – wolf_kitses]. Очевидно высокощелочная реакция почв промышленных территорий низинного Заречья (рН£7,5) является экологически положительным фактором, препятствующим миграции токсичных элементов (прежде всего, тяжелых металлов) по трофическим цепям. В гумусовых горизонтах повышается содержание обменных катионов, что усиливает буферные свойства почвы. В этом проявляется эффект отрицательной обратной связи в системе техника — природа, компенсирующей негативные для биоты процессы техногенеза.

Урботехногенная аридизация лесных экосистем отчетливо проявляется также в автотрофном биогенезе. Общая первичная продуктивность (Р) сосняков Керженского заповедника составляет 5,5-12,5 т/га в год, что лежит в диапазоне первичной продуктивности от средней тайги до луговых степей. В пределах города экстремальные значения Р падают в 4-5 раз, причем в отрицательных формах рельефа гораздо сильнее, чем в положительных. Поэтому разница в значениях продуктивности между типами МП существенно сглаживается. Происходит своего рода локальное выравнивание величин продукции лесных фитоценозов на фоне общего снижения интенсивности продукционного процесса.

Сосняки Стригинского бора и Сормовского парка производят ежегодно в среднем 2,5-3,7 т фитомассы, а во многих случаях эти цифры снижаются до 1,3-2,0 т. Столь низкую продуктивность в естественных условиях имеют экосистемы крайне северных и крайне южных природных зон умеренного пояса — кустарничковые тундры, сухие степи и эфемерно-кустарничковые пустыни, а также сфагновые болота. Таким образом, общая первичная продуктивность лесных экосистем смешанно-лесной зоны, находящихся под прессом урбанизации, снижается до пустынно-сухостепного уровня, что и составляет важнейший функциональный признак их антропогенного опустынивания».

Э.Г.Коломыц, А.С.Керженцев, О.В.Глебова, 2000. Механизмы трансформации лесных экосистем в высокоурбанизированной среде// Экополис и устойчивое развитие города. М.: изд-во РАМН. С.110-116.

Далее, лесные сообщества вне мегаполиса (уже сильно изменённые рекреацией и другими формами воздействия) организованы так, что характер растительности целиком определяется существующими формами рельефа (градиентами от водоразделов к пойме ручьёв и пр.), определяющими различия гидрологического режима и других условий среды вдоль соответствующих градиентов.

В городе эта зависимость растительности от форм рельефа и структуры ландшафта через гидрологию полностью разрушается, заменяясь зависимостью от антропогенных нарушений и антропогенного же «удобрения» территорий органикой, нитратами, фосфором, эти два фактора формируют градиенты, заменяющие ландшафтные.

Далее те же авторы: «сила влияния литогенной основы как исходного фактора природно-территориальной организации снижается почти в 2 раза. Не наблюдается сколько-нибудь однозначной приуроченности к формам микрорельефа и локальными типами влажности, температуры, морфологии почв, ценотических групп леса, мощности и массы лесной подстилки. Прямое влияние геоморфологических условий сохраняется лишь на типы биогеоценозов и их экологическими группами растительности, минуя параметры влажности почвы. Геоморфологический каркас в значительной мере теряет контроль над важнейшим функциональным параметром лесной экосистемы — увлажнением почв.

Температура почвы утрачивает свои свойства индикатора состояния лесной экосистемы. Она больше не зависит от литогенных условий и влажности почв. Режимы влажности и температуры почвенных горизонтов все больше зависят от структурных характеристик лесопаркового фитоценозов подверженных прямому антропогенному воздействию. Происходит определенное выравнивание контрастов гидротермического режима почв между различными элементами микрорельефа, а в Сормовском парке температуры почвы вообще не зависят от типа местоположения.

Одновременно в первый эшелон ландшафтных связей выходят ценотические группы лесных экосистем, которые наравне с факторами литогенной основы определяют всю систему межкомпонентных связей. Это вызвано глубокой антропогенной трансформацией напочвенного покрова в городских лесопарковых экосистемах: первоначальным олуговением травостоя и последующей заменой лесных и луговых видов сорной и рудеральной растительностью, которая оказывается почти не связанной с увлажнением почв. [То есть буферные свойства почвы в городах дополняются и компенсируются буферными свойствами увеличивающейся биомассы рудеральной растительности, тем более что при умеренном нарушении природных сообществ запасы фитомассы резко возрастают. См. Жигарев И.А., 2002. Лесные биологические сообщества в условиях рекреационных нарушений// Антропогенная динамика экосистем (ред. Н.М.Чернова). Научные труды МНЭПУ, серия “Реймерсовские чтения”. М.: изд-во МНЭПУ. С.71-96.].

Процесс техногенной трансформации природного комплекса не ограничивается «расшатыванием» его моносистемной структуры. Наряду с этим развиваются определенные адаптивные механизмы, способствующие его выживанию в урбанизированной среде. Выявлены два таких механизма. Первый связан с преобразованием естественных ценотических групп леса (боровой, таежной, дубравной и др.) в антропогенные (лесную, лесолуговую, луговую, сорно-рудеральную). Этот процесс наиболее ярко выражен в понижениях микрорельефа, где суммарный эффект загрязнения почвы максимален и где поэтому напочвенный покров трансформируется в наибольшей степени — до бурьянистой стадии. Развитие сорно-рудеральной растительности сопровождается весьма резким снижением видового разнообразия травостоя и столь же заметным увеличением зеленой массы и ее годичного прироста, что вызывает общий рост продуктивности и соответствующее повышение индекса упругой устойчивости лесного фитоценоза.

Второй адаптивный механизм носит почти повсеместный характер и связан с повышением функциональной роли растительных группировок под пологом леса. В экстремальных условиях общей деградации древостоев происходит смещение оптимума функционирования городской лесной экосистемы с верхнего (древесного) яруса на нижние ярусы — подрост, подлесок и напочвенный покров, где резко возрастает доля ежегодно возобновляемой зеленой массы, способствующей повышению устойчивости всей экосистемы к техногенному загрязнению. Именно такие фитоценотические параметры, как высота и обилие подроста, подлеска и травостоя, предотвращают полный распад моносистемной организации лесного природного комплекса, сохраняя в той или иной мере всю сеть межкомпонентных связей. [То есть в условиях города преимущественно деградируют древесный и травянистый ярус, но усыхание, уменьшение жизенности видов-средообразователей во всех городских лесах компенсируется повышенным развитием деревьев 2-го яруса, вроде клёна, липы, и бурным развитием кустарников вроде свидины, пузыреплодника, жимолости лесной и пр. – wolf_kitses]».

Э.Г.Коломыц и др., op.cit.

Далее, городской климат существенно отличается от внегородского, в первую очередь высокой степенью загрязнённости твёрдыми частицами, дымом и пылью (поэтому в крупном городе выпадает существенно больше дождей, чем вне города, при большей сухости воздуха и меньшем содержании водяного пара – больше ядер кристаллизации носится). Они оказывают то же действие на растение, что песчаная буря в настоящей пустыне — секут нежные листья песчинками. Поэтому в крупных городах юга и даже средней полосы наши исконные виды деревьев и кустарников потихоньку вытесняются более южными видами с более ксероморфной структурой листа – кожисто-блестящей, опушённой и т.п. как-то защищённой от воздействия городских «самумов». Поскольку специфически городская конвекция воздуха от более тёплого центра, где «остров тепла», к более холодным окраинам, и от жилых кварталов к паркам и водоёмам создаёт постоянные ветры типа городских бризов, то проблема иссечения растений частицами очень существенная. В Европе, где степень урбанизации много выше нашей (урбанизированные районы сливаются, образуя мегалополисы с населением 20-50 млн. человек, и уже выражаются в масштабе карты, превосходя по размеру массивы природных ландшафтов – лесных, луговых или болотных) эта особенность городской атмосферы ведёт к направленной смене местной растительности в городах на более южные формы. См. Морозова Г.Ю., Злобин А.Ю., Мельник Т.И., 2003. Растения в урбанизированной природной среде: формирование флоры, ценогенез и структура популяций// Журн. общей биологии. Т.64. №2. С.166-181.

Далее, «экосистемы Земли сильно различаются не только по продуктивности, но и по устойчивости к стрессам. Тропическая экосистема, например, функционирует почти как проточная система. Она содержит минимум почвенного гумуса, поскольку функционирует в наиболее благоприятных условиях среды и не нуждается в системе защиты своих ресурсов, находящихся в постоянном обороте. В степных экосистемах, регулярно испытывающих смену благоприятных и неблагоприятных условий среды, создана сложная система накопления и экономного расходования (дозирования) ресурсов жизнеобеспечения в виде некромассы, включающей запасы ветоши, опада, дернины и почвенного гумуса с его сложной фракционной структурой.

Дождевой тропический лес с его гигантской биомассой и высшей скоростью круговорота при воздействии негативных факторов может превратиться в пустынный ландшафт (Аравийская пустыня, железистые коры выветривания и т.п.). Степные экосистемы, накопившие огромные запасы гумуса, способны противостоять тысячелетним прямым воздействиям варварской агротехники и обеспечивать человека первичной биологической продукцией, соответствующего потребностям человека состава и качества. Благодаря сложному составу гумуса, его реакция на стрессы сдерживается масштабами характерного времени каждой фракции.

Современный город перерабатывает природные ресурсы в изделия и отходы. Изделия позволяют поддерживать высокую плотность популяции, а отходы создают ей ограничения. Если отходы превратить в изделия и ресурсы, они будут не ограничивать, а стимулировать рост численности популяции. Искусственные изделия — здания, сооружения, машины, механизмы, материалы, вещества, продукты, напитки — выполняют ту же роль, что и почвенный гумус в естественной экосистеме.

Это такая же временная перегруппировка ресурсов, удобная для биоты. Каждое изделие служит определенный срок, после чего должно возвращаться в исходное состояние — в ресурсы. В природных экосистемах гумификация обязательно сопровождает минерализацию отмершей биомассы — некромассы, создает запасник вторичных ресурсов для оперативного использования автотрофной биотой. Многоступенчатая система синтеза фракций гумуса и их минерализации обеспечивает надежность функционирования экосистемы в многолетнем цикле даже при возникающем регулярно дефиците ресурсов. Гумификация и урбанизация по функциональной сути аналогичные процессы, своеобразные петли гистерезиса на кривой катаболизма, сдерживающие энтропию.

Город — наиболее комфортная экологическая ниша, снабжающая одновременно большое число людей ресурсами жизнеобеспечения, выдерживающая сверхвысокую плотность популяции с помощью современных технологий и технических средств. Однако устойчивость такой системы к стрессам минимальна. Для ее разрушения достаточно усилий одного террориста или серьезной аварии энергосистем. Жизнеобеспечение сельского жителя менее комфортно, зато более надежно. Разрушить его гораздо сложнее. Всегда найдутся запасные варианты защиты.

Заложенное в человеке стремление к комфорту является двигателем прогресса, стимулирующим переход сельского населения в городское. Эта тенденция, в пределе, создает угрозу надежности функционирования урбанизированной системы. Если все человечество станет городским, то угроза его исчезновения от случайной аварии станет актуальной. Поэтому расчеты альтернативных вариантов будущего расселения человека должны учитывать и эту тенденцию. Можно рассматривать два крайних варианта: а) сосредоточить население в мегаполисах — островах урбанизации среди моря естественных и аграрных экосистем; б) рассредоточить людей равномерно по всей поверхности планеты в мелких хуторах и поселках.

Более предпочтителен первый вариант в сочетании со вторым. Будущее поселение землян нам представляется как мегаполис, окруженный роем мелких поселений-саттелитов, погруженный в океан естественно-аграрных экосистем. Однако надо учитывать, что ядро урбанизации — мегаполис может функционировать только при наличии надежной многоступенчатой системы защиты его функций от всевозможных стрессов и сбоев.

…Все природные системы (клетка, организм, экосистема, биосфера) имеют единый принцип действия — обмен вещества и энергии или метаболизм, который представляет собой способ поддержания жизни путем взаимодействия противоположных процессов: анаболизма и катаболизма. В биосфере функцию анаболизма — ассимиляции простых веществ в сложные — выполняет растительность, а функцию катаболизма — диссимиляции сложных органических веществ в простые минеральные — выполняет почва. Согласование этих процессов осуществляется в процессе некроболизма — запрограммированного генетически процесса умирания биоты, в результате которого происходит передача жизненно важных метаболитов в продолжающие функционировать органы и организмы (потомство).

Процесс анаболизма состоит из двух противоположных процессов: фотосинтеза и дыхания. Процесс катаболизма — из минерализации и гумификации. Это значит, что в процессе анаболизма, часть синтезированного органического вещества используется для осуществления функций автотрофов, а в процессе катаболизма часть минерализованного вещества используется для вторичного синтеза почвенного гумуса. Почвенный гумус выполняет в экосистеме несколько функций. Он является одновременно накопителем невостребованных растениями минеральных элементов, хранителем стратегического запаса элементов и дозатором минеральных элементов, регламентирующим их передачу фитоценозу.

Биота экосистемы по экологической специализации делится на три взаимно уравновешенные группы: продуценты, консументы, редуценты. Экологический кризис обусловлен тем, что человек преодолел естественный лимит численности популяции и нарушил сложившееся равновесие, создав искусственные преимущества для консументов за счет подавления продуцентов и редуцентов. Поэтому выход из созданного человеком экол

wolf-kitses.livejournal.com