Лекция 3 ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ. Популяции, сообщества, биосфера.

ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ЭКОЛОГИИ. Популяции, сообщества, биосфера.

 Структура популяции

Популяция – это любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, занимающая определенную ландшафтно-географическую территорию с определенными климатическими условиями, имеющая общий генофонд и определенную степень изоляции от других аналогичных совокупностей особей того же вида.

В состав одного вида организмов может входить несколько, иногда много популяций, всегда в большей или меньшей степени изолированных друг от друга. Если представителей разных популяций одного вида поместить в одинаковые условия, они сохранят свои различия. Но принадлежность к одному виду обеспечивает возможность получения плодовитого потомства от представителей разных популяций. Популяция – элементарная форма существования вида в природе. Рассмотрим основные характеристики популяций.

Численность – это число особей (поголовье животных или количество растений) на определенной территории (например, деревьев, в пределах некоторой пространственной единицы — ареала, бассейна реки, акватории моря, области, района и т. д.).

Плотность – число особей, приходящихся на единицу площади или объема (например, плотность населения — количество человек, приходящееся на один квадратный километр, или для гидробионтов — это количество особей на литр или кубометр).

Показатели структуры:

половая – соотношение особей разного пола;

размерная – соотношение количества особей разных размеров;

генетическая – соотношение особей по характеру изменчивости и разнообразию генотипов, частотами вариации отдельных генов, а также разделение популяции на группы генетически близких особей, между которыми происходит постоянный обмен генами;

возрастная – соотношение количества особей различного возраста (генераций) в популяции. В природе встречаются популяции, состоящие из особей одного возраста: популяция однолетних растений, генерации саранчи и т.п. – это так называемые популяции с простой возрастной структурой. Обычно наибольшей жизнеспособностью обладают популяции, в которых все возраста представлены относительно равномерно. Такие популяции называются нормальными, или обладающими сложной возрастной структурой. Если в такой популяции преобладают старческие особи, это свидетельствует о наличие факторов, нарушающих процесс воспроизводства. Такие популяции называются регрессивными или вымирающими. Популяции представленные в основном молодыми особями, рассматриваются как внедряющиеся или инвазионные.

 Внутрипопуляционные группировки

Многие виды животных нормально развиваются только тогда, когда объединяются в довольно большие группы (например, волки, бакланы, котики и др.). Это явление носит название эффект группы. Группам присущи все типичные черты популяций, но они характеризуются более высокой степенью объединения и способностью к саморегуляции численности. Это свойство носит название эффекта группы. Одним из показателей эффекта группы является территориальность. Многие животные привязаны к определенным местам. Они метят границы своей территории, строят гнезда или жилища, выкармливают молодняк. Положительное значение территориальности заключается в том, что она предупреждает перенаселенность.

Самое сильное проявление эффекта группы свойственно общественным насекомым (пчелы, муравьи, термиты не могут жить изолированно, в одиночку). Но эти вопросы изучены еще слабо, не решен даже вопрос о том, что же является у них популяцией: семья, колония семей или другая какая-то группировка особей.

Не менее важным показателем эффекта групп служит фазовая изменчивость. Она была впервые обнаружена в 1921 году Б.П. Уваровым у саранчовых. У них четко различают две формы: одиночную и стадную.

Каждая популяция неоднородна, т.к. в своем составе слагается из особей различных возрастов, находящихся на разных стадиях развития; неполовозрелых, размножающихся и прекративших размножение самцов и самок; одиночных и стадных особей и т.д. Такое явление носит название полиморфизм популяций.

Возрастные внутрипопуляционные группы существуют у многих видов отдельно друг от друга (т.е. наличие в популяции популяций различных возрастов). Например, дальневосточные лососи, кета и горбуша образуют популяции, в которых все особи имеют одинаковый возраст и такие популяции не смешиваются друг с другом. Даже внутри одной популяции камбалы можно обнаружить изолированные группы одновозрастных особей, обитающих в определенных зонах моря. У насекомых, развивающихся с метаморфозом, например, у комаров, личинки и куколки (особи предрепродуктивного возраста) живут и питаются в воде, а взрослые насекомые живут в наземно-воздушной среде, причем самки питаются кровью теплокровных животных. Возрастные группировки могут отличаться и по характеру питания: гусеницы бабочек поедают ткани растений, а взрослые насекомые питаются нектаром цветков. Возрастные группировки характерны для всех животных, т.к. с возрастом у них меняется питание, водный и тепловой обмен со средой, образ жизни и т.д.

Половые группировки формируются в популяциях на основе половых морфологических и экологических различий (половой диморфизм; различия в питании самцов и самок; обособления половых групп в период развития молодняка). Например, самцы жуков - оленей имеют видоизмененные наподобие рогов верхние челюсти, тогда как у самок они имеют типичное строение. У щитовок самки бескрылые и ведут неподвижный образ жизни, а самцы крылатые, летают. Самки иксодовых клещей питаются кровью млекопитающих и птиц, а самцы вообще не питаются и не нападают на животных и человека. Большую часть года самцы северного морского котика и самки с молодняком живут отдельно, причем самцы постоянно мигрируют, а самки с детенышами находятся на берегу. У некоторых перелетных птиц самки и самцы зимуют порознь. Значительно сложнее устроены полиморфные колонии общественных насекомых (пчелы, муравьи, термиты), но до сих пор не ясно, можно ли считать пчелиную семью, колонии муравьев и термитов популяциями.

Функциональные внутрипопуляционные группировки связаны как с возрастными, так и с половыми различиями особей в популяции. Мальки окуня питаются преимущественно инфузориями, коловратками, фитопланктоном; сеголетки потребляют червей, веслоногих и ветвистоусых ракообразных, мальков других видов рыб; годовики – исключительно ихтиофаги. Головастики лягушек питаются исключительно водорослями, а взрослые животные - насекомыми, т.е. функциональная трофическая роль головастиков - фитофаги, а взрослые лягушки - хищники. Самцы некоторых глубоководных рыб - удильщиков настолько малы, что ведут паразитический образ жизни на теле самок, которые являются хищниками, т.е. самцы и самки неравноценны между собой по функциональному значению.

Сезонные внутрипопуляционные группировки высшего развития достигают у насекомых. У тлей сезонный полиморфизм выражается последовательной сменой в популяции обоеполых поколений, бескрылых особей и крылатых партеногенетических самок.

Внутрипопуляционный генетический полиморфизм заключается в изменении частоты мутаций в разные годы и сезоны. Исследование этого явления позволяет выяснить механизмы, поддерживающие динамическое состояние популяций. Полиморфизм позволяет особям популяции занимать различные экологические ниши и исключать внутрипопуляционную конкуренцию, а также усложняет и разнообразит связи организма со средой, в результате чего увеличиваются возможности для освоения арены жизни.

В жизни вида и в динамике популяций полиморфизм имеет большое значение – отдельные группы, обладая специфическими чертами, занимают различные экологические ниши и исключают тем самым внутрипопуляционную конкуренцию. При этом усложняются и становятся более разнообразными связи организма со средой. В результате организм приобретает широкие возможности для освоения арены жизни.

По типу использования пространства все подвижные организмы (животные) делятся на две основные группы: оседлые и кочевые (номадные).

При оседлом образе жизни животные в течение всей или большей части жизни используют довольно ограниченный участок среды (индивидуальный участок). Такие животные отличаются инстинктом привязанности к своему участку, а в случае вынужденного переселения – стремятся вернуться на свою прежнюю территорию. При кочевом образе жизни у животных не прослеживается выраженной территориальности, они объединяются в  группы, кочующие в поисках пищи.

Этологическая структура популяции связана с одиночным или одиночно-семейным образом жизни животных организмов.

Одиночный образ жизни, при котором особи популяции независимы и обособлены друг от друга, характерен для многих видов, но лишь на определенной стадии жизненного цикла. Полностью одиночное существование организмов в природе не встречается, т.к. при этом было бы невозможным осуществление их основной жизненной функции – размножение. У видов с одиночным образом жизни часто образуются временные скопления особей – в местах зимовок, в период, предшествующий размножению и т.д. Дальнейшее усложнение отношений внутри популяции таких животных осуществляется по двум направлениям: усиление связи между половыми партнерами и возникновения контакта между родительским и дочерним поколением.

При одиночно-семейном образе жизни усиливаются связи между родителями и их потомством. Простейший вид такой связи, например у птиц – забота одного из родителей об отложенных яйцах: охрана кладки, инкубация, дополнительное аэрирование.

Противоположный оседлому образу жизни – групповой образ жизни (колониальный или стадный), при котором особи постоянно или периодически образуют плотные стада или стаи. При большом скоплении особей на ограниченной территории возрастает конкуренция между ними. Поэтому групповой образ жизни в большинстве случаев характерен для кочующих животных (исключение колонии), поскольку подвижный образ жизни снижает уровень пищевой конкуренции.

Колонии – это групповое поселение оседлых животных. Они могут существовать длительно или возникать лишь на период размножения, как, например, у многих птиц – грачей, чаек, гагар, тупиков и т.д. По сложности взаимосвязей между особями колонии животных чрезвычайно разнообразны – от простых территориальных скоплений одиночных форм до объединений, где отдельные члены выполняют разные функции видовой жизни.

Стаи – это временное объединение животных, которые проявляют биологически полезную организованность действий. Стаи облегчают выполнение каких-либо функций в жизни вида: защиты от врагов, добычи пищи, миграции. Наиболее широко стайность распространена среди птиц и рыб, у млекопитающих характерна для многих собачьих. В стаях сильно развиты подражательные реакции и ориентация на соседа.

Стада – это более длительные и постоянные объединения животных по сравнению со стаями. Основу группового поведения животных в стадах составляют взаимоотношения доминирования – подчинения или иерархические взаимоотношения по рангу, основанных на индивидуальных различиях между особями (возраст, физическая сила, опыт и наследственные качества).

Естественные популяции – это динамическое единство находящихся во взаимоотношениях организмов. Динамика популяций в упрощенном варианте может быть описана такими показателями, как рождаемость и смертность. Это наиболее важные популяционные характеристики, на основании анализа которых можно судить об устойчивости и перспективном развитии популяции.

 Динамические процессы в популяциях

Рождаемость определяется числом особей, рожденных в популяции за определенный промежуток времени. Различают максимальную рождаемость в условиях отсутствия лимитирующих факторов. Это теоретический максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях (биотический потенциал). Реализованная рождаемость (или просто рождаемость) характеризует прирост или увеличение численности популяции при фактических или специфических условиях окружающей среды.

Реализованная рождаемость – величина переменная, она зависит от параметров популяции и специфических физических условий среды. Обычно рождаемость выражают числом особей, родившихся за некоторый промежуток времени.

Смертность – величина, обратная рождаемости. Это число погибших в популяции особей за единицу времени. При определении смертности популяции учитываются все погибшие особи независимо от причины смерти.

Для анализа роста численности популяции обычно пользуются данными, отражающими величину смертности. Для этого определяют, как смертность распределяется по возрастам.

Максимальная продолжительность жизни у разных организмов различна. Особенно высока она у растений, в частности среди древесных пород. Чемпионом среди них можно считать мамонтово дерево, леса из которых произрастают в Калифорнии. Возраст этих деревьев высотой до 85 м оценивается в 3000-5000 лет.

У      животных считается, что наиболее высокой продолжительностью жизни отличается черепаха из Индийского океана. Она может жить 200-300 лет. Из крупных хищников дольше всех живут медведи – 50 лет. Среди птиц – лебеди (150-170 лет).

Популяции обладают способностью к естественному регулированию численности. Саморегуляция – необходимое приспособление организмов для поддержания жизни в постоянно меняющихся услови-ях. Саморегулирование популяции осуществляется действующими в природе двумя взаимоуравновешивающимися буферными силами. Это, с одной стороны, свойственная организмам способность к размножению, а с другой стороны зависящие от плотности популяции реакции, ограничивающие воспроизводство.

Тенденция живых систем, в т.ч. и популяций, поддерживать внутреннюю стабильность с помощью собственных регулирующих механизмов, называется гомеостазом, а колебания численности популяций в пределах какой-то средней величины – их динамическим равновесием. Следовательно, любая популяция растений, животных и микроорганизмов – это совершенная живая система, способная к саморегуляции.

Конкуренция лежит  в основе внутрипопуляционного гомеостаза. Она здесь может проявляться в жестких и смягченных формах. Жесткие формы обычно заканчиваются гибелью части особей. В растительном мире это проявляется в явлениях так называемого самоизреживания фитоценозов. Например, на стадии всходов и молодых растений в лесных сообществах на одном гектаре насчитывается до нескольких сотен тысяч древесных растений. К возрасту спелости (100-120 лет для хвойных видов и 50-70 лет для лиственных) число экземпляров обычно не превышает 1000 на 1 га, но чаще исчисляется несколькими сотнями.  Остальные погибают в процессе острой конкурентной борьбы. В результате этого, с одной стороны, освобождается пространство для остающихся более сильных особей, а с другой - ослабленные и погибающие особи выполняют положительную роль для сохранения популяции через включение в процессы круговорота, обогащение почвы минеральными веществами и гумусом. Часть ослабленных особей, еще при жизни, становится донорами для питания более сильных экземпляров. Это возможно в результате имеющего место срастания корней. Частным подтверждением таких явлений служат не единичные случаи нарастания годичных колец на пнях деревьев («растущие пни»).

В животном мире результат острой внутривидовой борьбы проявляется часто в форме каннибализма. Такие явления наиболее часты среди хищников. Например, взрослые окуни при высокой численности популяции, особенно в небольших водоемах, начинают питаться мальками своего вида. Явления каннибализма характерны также для некоторых грызунов, личинок насекомых, особенно в случаях существования в ограниченном пространстве. Поедание потомства домашними животными, по-видимому, один из случаев атавизма (лат. атавус - отдаленный предок) данного явления, которое раньше имело место в природных популяциях.

Таким образом, саморегуляция обеспечивается механизмами торможения роста численности. Таких гипотетических механизмов три:

1) при возрастании плотности и повышенной частоте контактов между особями возникает стрессовое состояние, уменьшающее рождаемость и повышающее смертность;

2) при возрастании плотности усиливается миграция в новые места обитания, краевые зоны, где условия менее благоприятны, повышается смертность;

3) при возрастании плотности происходят изменения генетического состава популяции – замена быстро размножающихся на медленно размножающихся особей.

В основе внутрипопуляционного гомеостаза лежит внутривидовая конкуренция. Она здесь может проявляться в жестких и смягченных формах. Жесткие формы обычно заканчиваются гибелью части особей. В животном мире результат острой внутривидовой борьбы проявляется часто в форме каннибализма. Такие явления наиболее часты среди хищников. Например, взрослые окуни при высокой численности популяции, особенно в небольших водоемах, начинают питаться мальками своего вида. Явления каннибализма характерны также для некоторых грызунов, личинок насекомых, особенно в случаях существования в ограниченном пространстве. Поедание потомства домашними животными, по-видимому, один из случаев атавизма (лат. атавус - отдаленный предок) данного явления, которое раньше имело место в природных популяциях.

Смягченные формы внутривидовой конкуренции проявляются обычно через ослабление части особей, выключения их из процессов размножения. Помимо выше описанной регуляции существует еще саморегуляция, при которой на численности популяции сказывается изменение качества особей. При большой скученности (плотности) образуются разные фенотипы за счет того, что в организмах происходят физиологические изменения в результате так называемой стресс-реакции (дистресс), вызываемой неестественно большим скоплением особей. Например, у самок грызунов происходит воспаление надпочечников, что ведет к сокращению рождаемости за счет рассасывания эмбрионов. Кроме того, нехватка пищи заставляет особей эмигрировать на новые участки, что приводит к значительной их гибели в пути и на новых участках, в новых условиях, т. е. повышается смертность и сокращается численность.

Большинство животных и растений подвержено старению, которое проявляется в снижении жизнеспособности с возрастом после периода зрелости.

 Биоценозы

 Синэкология, или экология сообществ изучает ассоциации популяций растений, животных и микроорганизмов, образующих эти сообщества (биоценозы), пути их формирования и развития, структуру и динамику, энергетику, продуктивность.

Биоценоз – группа взаимосвязанных популяций растений, животных и микроорганизмов, живущих совместно в одних и тех же условиях среды (термин предложен К. Мебиусом в 1877 г.). Но биоценоз не может существовать независимо от среды. Пространство с более или менее однородными условиями, заселенное сообществом организмов (биоценозом), называется биотопом. Биоценоз с биотопом образуют макросистему более высокого ранга – биогеоценоз .

По В.Н. Сукачеву, биогеоценоз – совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, гидрологических условий, горной породы, растительности и животного мира, микроорганизмов и почвы.

Понятие биогеоценоза почти тождественно понятию "экосистема", предложенному в 1935 г. А. Тенсли, хотя в понятии "экосистема" заключен функциональный смысл, а в понятии "биогеоценоз" – структурный.

Условно биоценоз можно расчленить на фитоценоз (сообщество растений), зооценоз (сообщество животных) и микробоценоз (сообщество микроорганизмов), хотя отдельно эти компоненты существовать не могут (рис. 16). Человек преобразует естественные биоценозы (луга, леса) в искусственные (поля, сады), или агробиоценозы, которые отличаются небольшим количеством видов, но высокой их численностью. Агробиоценозы без постоянной поддержки со стороны человека существовать не могут, в отличие от естественных биогеоценозов, где действуют сложные регулирующие механизмы.

Совокупность влияний одних организмов на другие в сообществе называют биотическими факторами. Основной формой взаимоотношений организмов в биоценозах являются пищевые и пространственные связи, объединяющие организмы в единое целое. Основными формами биотических отношений являются:

1.      Конкуренция – взаимодействие между организмами одного и разных видов, когда они используют одни и те же ресурсы окружающей среды при их недостатке (в одном водоеме не могут жить вместе узкопалый и длиннопалый раки). Гаузе вывел закон конкурентногоисключения: два одинаковых в экологическом отношении вида существовать совместно не могут.

2.      Хищничество – форма межвидовых отношений, при которых одни организмы ловят, убивают и поедают других животных. Как у хищников, так и у жертв имеются приспособления (морфологические, физиологические, биохимические и др.), в результате чего численность жертв и хищников удерживается в пределах какой-то величины.

3.      Паразитизм – межвидовые отношения, при которых один вид (паразит) использует другой вид (хозяина) как среду жизни и источник пищи. У хозяина может жить несколько видов паразитов, образующих сообщество - паразитоценоз.

4.      Комменсализм (нахлебничество) – форма симбиоза (совместного проживания), при которой один из партнеров (комменсал) питается остатками пищи или выделениями другого (хозяина), не причиняя ему вреда. Так, мальки рыб живут среди щупалец медуз и питаются остатками их пищи.

5.      Синойкия (квартирантство) – форма симбиоза, при которой совместное обитание организмов разных видов полезно для одного и безразлично для другого (усоногие раки на теле китов – эпойкия, рыба фиерасфер внутри тела голотурии – энтойкия; мучные клещи расселяются, прикрепляясь к телу крупных насекомых – форезия; лишайники растут на стволах деревьев - эпифитность).

6.      Мутуализм – форма симбиоза, взаимовыгодное сожитель-ство разных видов (рака - отшельника и актинии, гриба и водоросли в теле лишайника).

7.      Зоохория – форма взаимоотношений, при которых живот-ные способствуют растениям в распространении семян и плодов.

8.      Аллелопатия – взаимодействие организмов посредством химических продуктов обмена, выделяемых во внешнюю среду (выде-ления фасоли угнетают рост пшеницы).

9.      Аменсализм – взаимодействия, при которых возникают не-благоприятные условия для одной или нескольких популяций других видов (плесневые грибы подавляют рост бактерий).

10.    Рабовладельчество. Отмечено у муравьев - амазонок, по-хищающих личинки и куколки муравьев других видов, которые, став взрослыми, выполняют все работы в муравейнике амазонок.

Между растениями бывают контактные (прямые) взаимодействия и косвенные. Первые приводят к искривлению ствола, изменению формы кроны и т. д. Косвенные осуществляются через изменение условий среды обитания (выделение фитонцидов, изменение освещенности в результате гибели соседнего дерева и т. д.).

В процессе эволюции растения и животные развивались совместно, что привело к выработке взаимных приспособлений, или коадаптаций (растения насекомоопыляемые, семеноядные, нектароядные и плодоядные животные). Поэтому многие виды растений и животных могут существовать только вместе. В тропических лесах отмечается мирмекофилия, когда сильно разросшиеся нектарники растений служат убежищем для муравьев, а они защищают растение от вредителей.

В 1923 - 1924 гг. ученые - экологи Лотка и Вольтерра разработали математические модели взаимоотношений паразит - хозяин (Лотка) и хищник - жертва (Вольтерра).

Сущность выводов Лотки: численности паразита и хозяина взаимообусловлены, по мере увеличения плотности популяции хозяина возрастает и плотность популяции паразита, а последняя приводит к снижению численности хозяина, а следовательно, и паразита. Аналогичные выводы получил Вольтерра при взаимоотношениях хищник - жертва. Гаузе (1930) установил, что хищник может полностью уничтожить свою жертву, после чего погибает и сам. В 1934 г. Гаузе установил правило конкурентного исключения, согласно которому близкородственные виды, занимающие сходные экологические ниши, не могут сосуществовать.

Растения и животные – автотрофы и гетеротрофы с момента возникновения развиваются совместно, проходят свой эволюционный путь в тесном контакте и взаимосвязи. Примером глубоких взаимных приспособлений могут служить опыляемые насекомыми растения и насекомые-опылители. Растения сыграли большую роль во взаимоотношениях с животными. Именно в процессе сопряженной эволюции определились группы животных со специализированным питанием: плотоядные, зерноядные, травоядные, питающиеся нектаром и т.д., как видно первостепенное значение в биотических связях имеют трофические связи. Растения служат пищей для большой группы животных – фитофагов и тем самым определяют их численность, географическое распространение и распределение по местам обитания (практически все организмы за исключением хищников и паразитов питаются растительной пищей). Есть еще специализированные группы сапрофагов, питающихся разлагающимися органическими веществами, а также копрофагов, питающихся экскрементами животных.

В определенные периоды жизни растительную пищу употребляют и плотоядные животные (медведи, лисы, насекомоядные птицы (дятлы)). В связи с приуроченностью к тому или иному виду пищи у различных групп животных выработались морфофизиологические и экологические признаки. Так, например, питание трудноперевариваемой пищей (клетчаткой) привело к удлинению кишечника, сформировался сложный желудок жвачных, где вдобавок поселились инфузории-симбионты, способствующие усвоению клетчатки.

Велика роль животных в опылении растений. В настоящее время до 80% видов покрытосеменных растений опыляется насекомыми, птицами. Связи насекомых-опылителей с цветковыми растениями постепенно в процессе эволюции выразились в такой тесной взаимной зависимости, что раздельно их существование невозможно.

Не менее важна роль животных в распространении растений (семян и спор). Распространителями являются птицы, грызуны, белки, муравьи. Многие копытные также являются распространителями растений. Семена, попадая в пищеварительный тракт, сохраняют жизнеспособность и в результате транспортируются на большие расстояния. Подсчитано, что при внесении 60т/га конского навоза, вносится 700 тысяч семян сборных растений.

В любом биогеоценозе между количеством и качеством животного населения и растительности должна быть определенная пропорция. Если увеличивается количество фитофагов, они уничтожают больше растений и, в конце концов, обрекают самих себя на гибель. В природе исторически выработались и функционируют механизмы, поддерживающие наиболее выгодные количественные соотношения численности травоядных животных и растений, служащих им пищей.

Для организмов каждого вида характерно определенное местообитание – место, где они живут, встречаются. Существует более широкое понятие – экологическая ниша (Джозеф Гриннелл, 1917). Ю.Одум (1975) включает в понятие "экологическая ниша" физическое пространство, занимаемое организмом, его функциональную роль в сообществе и положение относительно градиентов факторов внешней среды. Как образно выражается Ю.Одум, местообитание - это "адрес" организма, а экологическая ниша - его биологическая "профессия". Разные в систематическом отношении виды могут занимать одни и те же экологические ниши: травянистая степная растительность Австралии состоит из совершенно других видов, чем травянистая растительность степей Европы, но как продуценты в своих экосистемах они выполняют аналогичные функции, т.е. являются экологическими эквивалентами. Это касается также антилоп Африки и кенгуру Австралии.

Один и тот же вид в разные периоды развития может занимать различные экологические ниши: головастик питается растительной пищей, а взрослая лягушка - плотоядное животное. Среди водорослей имеются виды, которые функционируют попеременно как автотрофы, и как гетеротрофы. В лесу растения разных ярусов занимают различные экологические ниши.

Таким образом, экологическая ниша вида - это положение, которое вид занимает в системе биоценоза, комплекс его связей и требований к факторам среды.

Каждый конкретный биоценоз характеризуется строго определенным видовым составом. Типичной характеристикой биоценоза является относительно малое количество видов, особи которых встречаются часто. И, наоборот, в каждом биоценозе есть много видов с небольшим числом особей. Например, в лесу, состоящем из десятков видов растений, только 1 или 2 из них дают до 90% древесины. Эти виды называют доминирующими, они занимают господствующее положение в биоценозе. Виды, живущие за счет доминантов, получили название предоминантов, например, в дубраве таковыми являются: насекомые, птицы (сойки), грызуны.

В биоценозе есть и так называемые «эдификаторы». Это строители сообщества, то есть виды, создающие условия для жизни других видов данного биоценоза. Все виды, слагающие биоценоз, связаны с доминирующими видами и эдификаторами. Внутри биоценоза формируются более или менее тесные группировки, комплексы популяций, зависящие от растений-эдификаторов. Так создаются своеобразные структурные единицы биоценоза – консорции.

Консорция – это совокупность популяций организмов, жизнедеятельность которых в пределах одного биогеоценоза трофически или топически связана с центральным видом – автотрофным растением, обычно в роли центрального вида выступает эдификатор – основной вид, определяющий особенности биоценоза.  

Популяции остальных видов консорции образуют ее ядро, за счет которого существуют виды, разрушающие органическое вещество, создаваемое автотрофами. Примером консорции может служить растение со всеми связанными с ним организмами (паразиты, вредители, симбионты).

Видовая структура биоценоза характеризуется не только числом видов, входящих в его состав, то есть видовым разнообразием, но и их количественным соотношением.

В ходе эволюции, приспосабливаясь к определенным абиотическим и биотическим условиям, живые организмы так разместились в биогеоценозе, что практически не мешают друг другу, то есть их распределение носит ярусный характер. Пространственная структура определяется сложением фитоценоза, подразделяющегося на вертикальные слои (ярусы). Ярусность – это явление вертикального расслоения биоценоза на разновысокие структурные части. В смешанном лесу выделяют 6 ярусов: I - деревья первой величины (сосна, ель); II - деревья второй величины (рябина, береза); III - подлесок из кустарников (шиповник); IV - подлесок из высоких кустарничков и трав (вереск, иван-чай); V - низкие кустарнички и травы (клюква, кислица); VI - мхи, лишайники. Ярусно располагаются и подземные корни растений. Для каждого яруса в биоценозе характерен свой состав животных. Такие горизонтально расположенные структурные части биоценоза получили название синузий, а очень сильно различающиеся по видовому составу яруса называют парцеллами.

Каждый биоценоз слагается из определенных экологических групп организмов. Эти группы, занимая сходные экологические ниши в разных биоценозах, могут иметь неодинаковый видовой состав, например, в сухих условиях доминируют склерофиты и суккуленты, а на увлажненных территориях - гигрофиты.

Таким образом, экологическая структура биоценоза – это его состав из групп организмов, выполняющих в сообществе в каждой экологической нише определенные функции.

Экологическая структура биоценоза в комплексе с видовой и пространственной, а также с особенностями экологической ниши служит макроскопической его характеристикой, которая дает возможность определить свойства того или иного биоценоза, выяснить его устойчивость во времени и пространстве, а также предвидеть последствия изменений, вызванных влиянием антропических факторов.

На основании взаимоотношений видов в популяциях биоценозы подразделяются на сложные и простые. Многоярусные биоценозы, состоящие из большого количества популяций многих видов растений, животных и микроорганизмов, связанных между собой разнообразными пищевыми и пространственными отношениями, называют сложными. Сложные биоценозы наиболее устойчивы к неблагоприятным воздействиям. Исчезновение отдельных видов существенно не отражается на судьбе таких биоценозов, при этом происходит лишь незначительная перестройка их организации. В сложных биоценозах, например биоценозах тропических лесов, никогда не наблюдается вспышек массового размножения отдельных видов.

Для простых, например, тундровых биоценозов, характерны сильные подъемы численности леммингов, падение или взлеты численности песцов и животных, оказывающих существенное влияние на растительный покров. Объясняется это тем, что в упрощенном тундровом биоценозе не хватает видов, которые при необходимости могли бы заменить основной вид и выступить в качестве корма для хищников.

Как уже отмечалось, между организмами биоценоза устанавливаются прочные, пищевые взаимоотношения. Они и объединяют прямо или косвенно большую группу организмов в единый комплекс. Цепь питания обычно состоит из трех основных звеньев – продуценты – консументы – редуценты.

В каждой цепи питания формируются определенные трофические уровни, характеризующиеся различной интенсивностью протекания потока веществ и энергии. Зеленые растения – созидатели органического вещества – образуют первый трофический уровень, фитофаги – второй, плотоядные животные – третий и т.д. Все звенья цепи питания взаимосвязаны и взаимозависимы. Между ними, от первого к последнему, осуществляется передача веществ и энергии. При передаче энергии с одного трофического уровня на другой происходит ее потеря. В результате цепь питания не может быть длинной, чаще она состоит из 4-6 звеньев. Однако такие цепи в чистом виде обычно не встречаются, поскольку одни и те же виды могут быть одновременно в разных звеньях. Это происходит, потому что монофагов в природе чрезвычайно мало, чаще встречаются олигофаги и полифаги.

Рассмотрим, к примеру, цепь питания, основным звеном которой является капуста. Следующим звеном в ней будут гусеницы белянки, моли, совки, зайцы, то есть все животные питающиеся капустой. Следовательно, капуста выступает основным звеном многих цепей, поскольку от последующего звена тянутся еще цепи. Так, заяц, поедая разные растения, входит как консумент первого порядка в большое количество цепей питания. Хищники также питаются различными растительноядными и плотоядными животными, а потому являются звеньями многих цепей.

Подобные общие звенья связывают цепи питания в сложную систему. В результате в каждом биоценозе формируются комплексы цепей питания, представляющие собой единое целое. Так создаются циклы, или сети питания. В любой цепи питания не вся пища используется на рост особи, то есть на накопление биомассы. Часть ее расходуется на удовлетворение энергетических затрат организма: на дыхание, движение, размножение, поддержание температуры тела. При этом биомасса одного звена не может быть переработана последующим полностью. В противном случае исчезли бы ресурсы для развития живой материи. В каждом последующем звене пищевой цепи происходит уменьшение биомассы по сравнению с предыдущим. Обычно чем больше масса начального звена, тем она больше в последующих звеньях. Это касается не только биомассы, но и численности особей и потока энергии. Данное явление изучено и названо пирамидой чисел, или пирамидой Элтона. Различают пирамиду численности (особей), пирамиду биомассы и пирамиду энергии.

Основание пирамиды образуют растения – продуценты. Над ними располагаются фитофаги, следующее звено представлено консументами II порядка, затем III порядка и так до вершины пирамиды, которую составляют наиболее крупные хищники. Высота пирамиды обычно соответствует длине пищевой цепи. И поскольку на верхние этажи пирамиды энергии доходит в очень малых количествах, цепь редко состоит из 4-5 звеньев.

 Ю. Одум сделал расчеты потока энергии от звена к звену в упрощенной теоретической экосистеме, сведя ее к одной примитивной цепи, функционирующей в течение года. Он рассуждал так, допустим, имеется посев люцерны на площади в 4 га. На этом поле кормятся телята (предполагается, что они едят только люцерну), а телятиной питается 12-летний мальчик. Результаты расчетов представленные в виде 3-х пирамид – численности, биомассы и энергии, свидетельствуют, что люцерна использует всего 0,24% всей падающей на поле солнечной энергии, из которой 8% приходится на телят; 0,7% энергии, накопленной телятами, расходуется на развитие и рост ребенка с 12 до 13 лет. Несмотря на то, что рассматриваемая схема искусственна, она дает четкое представление о масштабах снижения к.п.д. по мере перехода от основного звена в пирамиде к ее вершине: из всей солнечной энергии падающей на 4 га люцернового поля, лишь немногим больше миллионной части ее хватает на пропитание мальчика в течение года.

Правило пирамиды чисел универсально и объективно отражает круговорот веществ и поток энергии в биосфере. В масштабе всей биосферы это правило никогда не нарушается.

Биологическая продуктивность – это воспроизведение биомассы растений микроорганизмов и животных, входящих в состав биогеоценозов. Этот процесс протекает в природе с определенной скоростью, поэтому биологическую продуктивность можно выразить продукцией за сезон, за год, за любую другую единицу времени. Биологическую продуктивность нельзя смешивать с биомассой. Например, за год планктонные водоросли на единицу площади синтезируют столько же органического вещества, сколько и высокопродуктивные леса, однако биомасса последних, в сотни тысяч раз больше.

Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют первичной продукцией экосистемы. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы.

Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется вторичной продукцией. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня.

Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% от всей продуктивности суши. Половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальное – на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Однако особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион человека должно входить не менее 30г белков в день. Поэтому увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

Одной из характерных особенностей биоценозов является их суточная и годовая динамика. В каждом естественном биоценозе имеются группы организмов, активность жизни которых выпадает на разное время суток. Одни активны ночью, а днем пассивны, другие наоборот. У растений в течение суток также изменяются интенсивность и характер физиологических процессов, в ночные часы не происходит фотосинтез, у некоторых цветки раскрываются только ночью и опыляются ночными животными.

Большое значение в динамике биоценозов имеют суточные миграции животных, например, зоо- и фитопланктон днем держится на глубине 100 – 200 м, а ночью поднимается к поверхности.

Более существенные отклонения в биоценозах наблюдаются при сезонной динамике. Они обусловлены биологическими циклами организмов, зависящими от сезонной цикличности природных явлений. Смена времен года оказывает значительное влияние на жизнедеятельность растений и животных (периоды цветения, плодоношения, активного роста, листопада и зимнего покоя у растений; спячка, зимний сон, диапауза и миграции у животных).

Любой биоценоз не может существовать неограниченно долго, так как под влиянием жизнедеятельности организмов происходят изменения, благоприятные для одних видов и неблагоприятные для других. В результате на данном месте развивается другой биоценоз, более приспособленный к новым условиям.

Последовательная, трактуется направленная, чаще необратимая смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией. Последовательность сменяющихся в ходе сукцессии сообществ называют серией, а завершающую стадию – климаксом, или климаксным сообществом.

Если сукцессия протекает в результате внутренних процессов в сообществе (превращение озера в болото в результате накопления органики), то ее называют автогенной; если решающую роль играют внешние воздействия (например, лесные пожары) – аллогенной.

Если в ходе сукцессии валовой продукции образуется больше, чем затрачивается на дыхание (P>R), то говорят об автотрофной сукцессии (при такой сукцессии в сообществе преобладают автотрофы). Напротив, если сукцессия начинается с состояния P<R, то это гетеротрофная сукцессия (в сообществе преобладают гетеротрофы).

Если сукцессия начинается на лишенном жизни месте (на потоке застывшей лавы), то ее называют первичной. Вторичная сукцессия начинается на месте ранее существовавшего сообщества (на заброшенном поле злаковых культур). Например, на скалах в ходе первичной сукцессии первыми появляются различные виды цианобактерий и лишайников (пионерные виды), сменяя друг друга. В ходе этого процесса накапливаются их отмершие части (органика), постепенно формирующие слой гумуса, а также происходит разрушение горных пород. Это приводит к образованию почвы, изменению микроклимата. В дальнейшем на данном месте появляются мхи, травы, деревья. Так продолжается многие тысячи лет, поэтому первичные сукцессии занимают весьма длительный период.

Вторичная сукцессия развивается на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов. Такие сукцессии чаще всего имеют восстановительный (демутационный) характер. Примером вторичной сукцессий может служить восстановление климаксового лесного биоценоза после пожаров или вырубки. Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150—250 лет, а первичная длится 1000 лет.

Каждая сукцессия завершается климаксом (теория Клементса, 1916). Ее автор предполагал, что для каждой климатической области характерен лишь один тип климакса (климатический, или регио-нальный климакс). Сейчас выделяют также локальные (эдафические) климаксы, соответствующие особым условиям субстрата (рельефу, почве, водному режиму и т. д.), когда регулярные внешние воздействия препятствуют развитию экосистемы до теоретически конечного климакса.

Климаксное состояние сообщества не бывает постоянным, устоявшимся. Поэтому термин "климакс" условен в смысле приобретения биоценозом определенной замедленности в развитии, т. к. даже при кажущейся неизменности, в биоценозе протекают процессы, подготавливающие его к сукцессии. Критериями климаксного сообщества служат видовой состав, отношение продукция/дыхание, время оборота и т. д.

 Агроценозы

Агроэкосистемы (агроценозы) отличаются от естественных экосистем следующими функциональными особенностями:

-        получением на ряду с космической дополнительной антропогенной энергии в виде удобрений, пестицидов, механизации, поливной воды, труда и др.;

-        искусственным отбором и культурой более продуктивных растений и животных и на их основе новых разновидностей, гибридов и видов;

-        пониженным разнообразием организмов.

Чаще всего посевы представлены одним видом, даже одним сортом, они являются монокультурными при максимальном выходе одного продукта, а значит, обладают меньшей приспособленностью и пониженной устойчивостью к неблагоприятным факторам внешней среды (засуха, морозы, и др.).

Ю.Одум разделяет агроэкосистемы на два типа:

- агроэкосистемы доиндустриального периода с дополнительной энергией в виде мышечных усилий человека и животных;

- интенсивные механизированные агроэкосистемы с крупными энергетическими дотациями в форме топлива, химикатов, работы ма-шин и пр.

Все агроценозы – поля, огороды, сады, культурные пастбища и т.д. – с позиции экологии специально поддерживаются человеком на начальных стадиях формирования агроэкосистемы, поскольку это молодая стадия сукцессии дает наиболее чистую продукцию. Приемами агротехники все конкурентные виды уничтожаются как сорняки, пищевые цепи в виде вредителей истребляются. В результате вмешательства человека в процессы, идущие в экосистеме, в ее функционировании возникают определенные помехи, поэтому и создаются агроэкосистемы, не способные к самовозобновлению, саморегулированию и крайне неустойчивые. Они постоянно находятся под угрозой гибели от массовой вспышки вредителей, болезней, от засухи или переувлажнения.

Антропогенное вмешательство вызывает соответствующие помехи в механизмах передачи обратных связей между биологическими компонентами экосистемы, но только неустанная забота о них со стороны человека позволяет им существовать. Несмотря на все принимаемые меры, в этих экосистемах бывают катастрофы.

Для создания высокопродуктивной и устойчивой экосистемы необходимо поддерживать максимально возможное многообразие биогеоценозов, создавая оптимальный ландшафт. Агроценозы должны быть разнообразны и содержать такие компоненты, как лесные полосы, перелески, живые изгороди. Все неудобные земли рекомендуют использовать под зеленые насаждения, парки. Среди высокопродуктивных агроценозов следует сохранять как можно больше природных участков различного масштаба с нетронутыми естественными биогеоценозами с их богатым биологическим разнообразием, где с максимальной полнотой осуществляется биотический круговорот веществ и охраняется ценный генофонд.

Биосфера

Биосфера (греч. био - жизнь, сфера - шар) - область существования и функционирования живого вещества и само это вещество. Для существования биосферы необходимы такие условия, как наличие во-ды в жидком состоянии и наличие лучистой энергии солнца, которая используется для синтеза биомолекул в процессе фотосинтеза.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, тропосферу и гидросферу и верхние горизонты литосферы.

Атмосфера – воздушная оболочка планеты, граничащая с космическим пространством. Верхняя граница распространения жизни в атмосфере определяется губительным действием солнечной радиации. Она проходит на высоте 20-25 км и ограничена слоем озона, который задерживает губительную для жизни коротковолновую часть ультрафиолетового излучения Солнца. Но область распространения живых организмов ограничена в основном тропосферой (например, верхняя граница полета орлов находится на высоте 7 км, растения в горных системах и насекомые в воздушной среде не распространяются выше 6 км. Верхняя граница постоянного обитания человека - 5 км, обрабатываемых им земель - 4,5 км, леса в горных системах тропиков не растут выше 4 км).

Живые организмы существуют, но не размножаются до верхней границы стратосферы (споры, микроорганизмы).

В состав биосферы полностью включается гидросфера – водная оболочка Земли. В гидросфере организмы проникают на всю глубину мирового океана (10-11 км), но наибольшая концентрация наблюдается

в поверхностных слоях, куда проникает солнечный свет. Обычно эта глубина не превышает 200 м в морях и континентальных пресноводных бассейнах. Здесь возможен фотосинтез и продуцируется первичная биологическая продукция.

Литосфера – это верхняя твердая оболочка земли. В литосфере жизнь встречается на глубине 2-3 км (иногда указывают ученые 3,5-7,5 км), что обусловлено температурой земных недр и уровнем проникновения воды в жидком состоянии. Более всего населена поверхность суши и океана. Величина биомассы (общая численность живых организмов) для всей планеты оценивается в 3х10¹²т, при этом 95% этой величины - растения и 5% - животные.

Наиболее густое скопление живых организмов В.И.Вернадский назвал пленками жизни. На суше это почва и растительный покров, его животный мир, а в мировом океане - планктонный поверхностный слой. В этих слоях наиболее благоприятные условия для образования и развития организмов в тех формах, которые существуют на земле.

Впервые термин биосфера ввел в научный обиход великий натуралист и мыслитель Жан Батист Ламарк (1744-1829).

В 1875 г. знаменитый австрийский биолог Э. Зюсс ввел это понятие в науку повторно, назвав так живую оболочку земли.

Более глубокое и широкое представление о биосфере встречается у В.И.Вернадского (1863-1945). Учение о биосфере является одним из крупнейших его обобщений в области естественных наук.

Живое вещество – это основа биосферы, хотя и составляет крайне незначительную ее часть. Если его выделить в чистом виде и распределить равномерно по поверхности Земли, то это будет слой около 2 см или 0.01% от массы всей биосферы.

К основным особенностям живого можно отнести следующие:

1. Способность быстро занимать (осваивать) все свободное пространство. В. И. Вернадский назвал это всюдностью жизни.

2. Движение не только пассивное (под действием силы тяжести, гравитационных сил и т.д.), но и активное (например, против течения воды, движения воздушных потоков, силы тяжести и т.д.).

3. Устойчивость при жизни и быстрое разложение после смерти, сохраняя при этом высокую физико-химическую активность.

4. Высокая приспособительная способность (адаптация) к различным условиям и в связи с этим освоение не только всех сред жизни (водной, наземно-воздушной, почвенной организменной), но и крайне трудных по физико-химическим условиям.

5.      Феноменально высокая скорость протекания реакций.

6.      Высокая скорость обновления живого вещества.

Все перечисленные и другие свойства живого вещества обусловливаются концентрацией в нем больших запасов энергии. По В. И. Вернадскому, по энергетической насыщенности с живым веществом может соперничать только лава, образующаяся при извержении вулканов.

Всю деятельность живого вещества в биосфере можно, с определенной долей условности, свести к нескольким основополагающим функциям, которые позволяют значительно дополнить представление о его преобразующей биосферно-геологической деятельности.

В. И. Вернадский выделял девять функций живого вещества. В настоящее время название этих функций несколько изменено, некоторые из них объединены.

1. Энергетическая.

Связана с запасанием энергии в процессе фотосинтеза, передачей ее по цепям питания, рассеиванием.

2. Газовая.

Способность изменять и поддерживать определенный газовый состав среды обитания и атмосферы в целом. В частности, включение углерода в процессы фотосинтеза, а затем в цепи питания обусловливало аккумуляцию его в биогенном веществе (это органические остатки, известняки и т.п.). В результате этого шло постепенное уменьшение содержания углерода и его соединений, прежде всего двуокиси (СО₂) в атмосфере с десятков процентов до современных 0,03%. Это же относится и к накоплению в атмосфере кислорода, синтезу озона и другим процессам.

С газовой функцией в настоящее время связывают два переломных периода в развитии биосферы. Первый из них относится ко времени, когда содержание кислорода в атмосфере достигло примерно 1% от современного. Это обусловило появление первых аэробных организмов (способных жить только в среде, содержащей кислород). С этого времени восстановительные процессы в биосфере стали дополняться окислительными. Это произошло примерно 1,2 млрд. лет назад. Второй переломный период в содержании кислорода связывают со временем, когда концентрация его достигла примерно 10 % от современной. Это создало условия для синтеза озона и образования озонового слоя в верхних слоях атмосферы, что обусловило возможность освоения организмами суши (до этого функцию защиты организмов от губительных ультрафиолетовых лучей выполняла вода, под слоем которой возможна была жизнь).

3.      Окислительно-восстановительная.

Связана с интенсификацией под влиянием живого вещества процессов как окисления, благодаря обогащению среды кислородом, так и восстановления, прежде всего в тех случаях, когда идет разложение органических веществ при дефиците кислорода. Восстановительные процессы обычно сопровождаются образованием и накоплением сероводорода, а также метана. Это, в частности, делает безжизненными глубинные слои болот, а также значительные придонные толщи воды (например, в Черном море). Этот процесс, в связи с деятельностью человека, прогрессирует.

4.      Концентрационная.

Это способность организмов концентрировать в своем теле химические элементы, повышая их содержание, по сравнению с окружающей средой, на несколько порядков.

5.      Деструктивная.

Разрушение организмами и продуктами и продуктами их жизнедеятельности, в том числе и после их смерти, как самих остатков органического вещества, так и косных веществ. Наиболее существенную роль в этом отношении выполняют низшие формы жизни – грибы, бактерии.

6.      Транспортная.

Перенос вещества и энергии в результате активной формы движения организмов. Часто такой перенос осуществляется на колоссальные расстояния, например, при миграциях и кочевках животных.

7.      Средообразующая.

Эта функция является в значительной мере интегративной (результат совместного действия других функций). В широком понимании результатом данной функции является вся природная среда. Она создана живыми организмами, они же и поддерживают в относительно стабильном состоянии ее параметры практически во всех геосферах.

8.      Рассеивающая.

Выделяется наряду с концентрационной функцией живого вещества и является противоположной ей по результатам. Она проявляется через трофическую (питательную) и транспортную деятельность организмов. Например, рассеивание вещества при выделении организмами экскрементов, гибели организмов, при перемещениях в пространстве, смене покровов. Железо гемоглобина крови рассеивается, например, кровососущими насекомыми.

9.      Информационная.

Выражается в том, что живые организмы и их сообщества накапливают определенную информацию, закрепляют ее в наследственных структурах и затем передают последующим поколениям. Это один из проявлений адаптационных механизмов.

Совокупность живых организмов в биосфере В.И.Вернадский назвал «живым веществом, рассеянным в мириадах особей». Живое вещество он считал формой активированной материи. Специфика его заключается в том, что живое вещество биосферы характеризуется огромной свободной энергией, химические реакции в нем протекают при низких температурах и в тысячи, миллионы раз быстрее, чем в неживом веществе. Слагающие живое вещество индивидуальные химические элементы (белки, ферменты) устойчивы только в живых организмах, оно характеризуется саморегулируемым движением и стремится заполнить собой все возможное пространство. Живое вещество в биосфере представлено в виде индивидуальных организмов, на Земле – в виде биоценозов. Для него характерно наличие эволюционного процесса, так как благодаря непрерывному чередованию поколений современное живое вещество генетически связано с живым веществом прошлых геологических эпох.

Природные ресурсы

В общем смысле под ресурсами понимают любые источники и предпосылки получения людям необходимых материальных благ. Экологов в первую очередь интересуют ресурсы природные, то есть вся совокупность естественных продуктов природы, используемых человеком для удовлетворения материальных и культурных потребностей.

По характеру использования природные ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые.

Исчерпаемые ресурсы в свою очередь делятся на исчерпаемые взобновимые и невозобновимые. Если использование возобновимых ресурсов может носить непрерывный характер, то есть на смену использованным в процессе естественного роста накапливаются новые, то невозобновимые ресурсы представляют собой какой-то определенный конечный запас, который может быть использован в течение того или иного промежутка времени полностью и восстановление его невозможно. К группе возобновимых природных ресурсов прежде всего относятся биологические ресурсы – растительность и животный мир. Это лесные ресурсы, ресурсы сельскохозяйственных растений, домашних и диких животных. К возобновимым ресурсам относятся некоторые минеральные ресурсы, например, соли, выпадающие в осадок в соленых озерах и морских лагунах. Однако в результате неправильной деятельности человека возобновимые ресурсы могут стать невозобновимыми. Например, исчезли отдельные виды животных (тур, тарпан, стеллерова корова).

К невозобновляемым ресурсам относятся залежи полезных ископаемых, т.е. богатства недр земли. При добыче полезных ископаемых необходимо стремиться к более полному извлечению их из недр и к уменьшению потерь при переработке и использовании. Неисчерпаемые ресурсы – это космические ресурсы (солнечная радиация, морские приливы, ветер, текущая вода). Однако неисчерпаемость этих ресурсов относительна. На первый взгляд эти ресурсы таят в себе неисчерпаемые возможности. Однако многие так называемые неисчерпаемые ресурсы оказываются, в конце концов, конечными из-за того, что среда их происхождения становится зачастую непригодной для сложившегося хозяйства и жизни человека. Так, запас воды на земном шаре огромен, но пресной воды для пищевых и промышленных целей ограничен. При сильном загрязнении природной среды становятся ограниченными и малодоступными даже солнечная энергия, чистый воздух.

 Почва как природный ресурс

Почва – это поверхностный слой земной коры, формирующийся в течение тысячелетий из элементов биосферы под воздействием солнечной энергии, воды, воздуха, климатических факторов и различного рода организмов. Почвенный покров выполняет одну из основополагающих функций на Земле – обеспечивает существование жизни. Почва – важнейший природный ресурс, и главным ее свойством является плодородие.

Плодородие почвы – способность почвы удовлетворять потребность растений в элементах питания, влаге и воздухе, а также обеспечивать условия для их нормальной жизнедеятельности. Это эмерджентное свойство почвы: оно появляется только при взаимодействии её компонентов.

Почвы производят примерно 95 % всех продовольственных ресурсов планеты. Плодородие почвы зависит от наличия в ней верхнего слоя – гумуса. Гумус – это органическое вещество почвы, образующееся в результате разложения растительных и животных остатков и продуктов жизнедеятельности организмов. Гумус содержит основные элементы питания растений.

Почва весьма чувствительна к воздействию антропогенных факторов и очень часто подвергается разрушению. Почвенный покров является саморегулирующейся биологической системой. Но его разрушение все реже компенсируется почвообразовательными процессами.

Площади сельскохозяйственных угодий в мире постоянно сокращаются вследствие деградации (разрушения) почвенного покрова Земли под действием ветра (выветриварие), кислотных осадков (закисление), неправильной агротехники, засоления, загрязнения пестицидами,

Кроме того, происходит постоянный отвод все новых земель под застройку городов, поселков, под размещение промышленных предприятий.

Использование и охрана земли осуществляются на основе представлений о земле как о природном ресурсе, используемом в качестве средства производства в сельском и лесном хозяйствах и иной деятельности человека. Природная среда стала заметно меняться за последние десятилетия в связи с возросшим масштабом взаимодействия человечества на внешнюю среду и эксплуатацию природных богатств. Научно-технический прогресс характеризуется гигантским ростом потребления энергетических ресурсов, каменного угля, нефти, горюче-смазочных материалов, торфа, сланцев. Используется атомная энергия. Быстрыми темпами идет интенсификация сельского хозяйства, эксплуатация сельскохозяйственных угодий. Высокими темпами развивается промышленность органического синтеза, применение цветных металлов, рост транспортных средств, электронной и космической техники.

Научно-технический прогресс несет человечеству много благ и одновременно немало нежелательных последствий.

В конце ХХ столетия объем мировой сельскохозяйственной продукции растет быстрее, чем население. Однако этот рост сопровождается, как известно, существенными издержками: сведением лесов для расширения посевных площадей, засолением и эрозией почв, загрязнением среды удобрениями, пестицидами и т.д.

В дальнейшем развитии сельского хозяйства стратегическим направлением является повышение урожайности, позволяющее обеспечить растущее население продовольствием без увеличения посевных площадей. Повышение урожайности сельскохозяйственных культур может быть достигнуто за счет расширения орошения. Большое значение, особенно при недостатке водных ресурсов, должно придаваться капельному орошению, при котором вода рационально используется путем непосредственной ее подачи к корневой системе растений. Другой путь – выведение и возделывание новых сортов сельскохозяйственных культур. Возделывание новых сортов, например, зерновых культур, более продуктивных и устойчивых к болезням, дало в последние десятилетия ХХ в. основной прирост сельскохозяйственной продукции. Этот успех селекционеров был назван «зеленой революцией».

Урожайность повышается при чередовании возделываемых культур (севооборотах) применительно к зональным условиям, а нередко и при переходе от монокультуры к смешанным посевам, например, совместному выращиванию зерновых культур с бобовыми, особенно на кормовые цели.

Известно, что природные многовидовые ассоциации растений значительно реже страдают от вспышек развития насекомых-вредителей, возбудителей болезней, чем популяции монокультур в агроценозах. Это объясняется высокой концентрацией сельскохозяйственных культур, что делает их удобным объектом для многочисленных хищников, паразитов, возбудителей заболеваний и других вредных организмов, освобождающихся от конкуренции, присущей им в естественной обстановке. Отсюда – важным путем повышения урожайности является снижение потерь от вредителей, болезней и сорняков путем интегрированной системы защиты сельскохозяйственных культур, где особое значение в борьбе с вредными организмами придается агротехническим, селекционным, семеноводческим приемам, севооборотам, биологическим методам. Химический метод применяется в крайних случаях, в годы, когда вредные организмы превышают порог вредоносности, создается угроза потерь урожая и другие приемы не дают возможности предотвратить эти потери.

Для получения максимального урожая и длительного поддержания плодородия почвы, технология внесения удобрений также сложна и требует определенной экологической культуры. Оптимальное соотношение между минеральными и органическими удобрениями, их нормы, сроки, способы и место внесения, использование полива и рыхление почвы, учет погодных условий – это неполный перечень факторов, которые влияют на эффективность применения удобрений.

Повышенные нормы, неправильные сроки или способы внесения, например, азотных удобрений, приводят к накоплению их в почве, а в растениях, соответственно, нитратов, вредных в избыточных количествах для человека. Поверхностное и чрезмерное внесение удобрений приводит к частичному их смыву в реки, озера, отравлению воды, гибели животных и растений. Многочисленные примеры нерационального обращения с удобрениями свидетельствуют о необходимости тщательного и серьезного выполнения всех работ в этой отрасли сельского хозяйства.

Вероятно, в ХХI в. сельское хозяйство современного типа сохранится. В его развитии нынешние тенденции позволяют надеяться, что растущее население Земли будет обеспечено продовольствием.