Воздействия на почвы. Синузия второго порядка – совокупность особей разных видов, относящихся к сходной жизненной форме

Синузия второго порядка – совокупность особей разных видов, относящихся к сходной жизненной форме. Виды, образующие синузию второго порядка, должны расти совме­стно и регулярно встречаться в данном сочетании. Например, кленово-дубовый древостой широколиственного леса.

Синузия третьего порядка – совокупность видов, совместно образующих либо ярус, либо одноярусное сообщество. Виды, входящие в ее состав, относятся к различным классам жизненных форм. Относительная самостоятельность таких синузий подтверждается и тем, что данный ярус или сочетание ярусов может выступать и отдельно как фитоценоз. Например, мохово-кустарничковая синузия соснового леса способна существовать на пустоши самостоятельно, хотя облик ее будет несколько иным, чем под пологом леса

Кроме синузий, в составе экосистем можно выделить другие структурные единицы: парцеллы, консорции, сообщества, биоценозы (рис.).

Каждый конкретный биоценоз характеризуется строго определенным видовым составом. При этом одни виды биоценоза могут быть представлены многочисленными популяциями, а другие малочисленными. В связи с этим в любом биоценозе можно выделить один или несколько видов, определяющих его облик.

Доминант - вид, определяющий облик биоценоза.

Эти виды называются доминирующими или доминантами. Они занимают ведущее, господствующее, положение в биоценозе. Обычно наземные биоценозы называют по доминирующим видам: лиственничный лес, дубрава или дубняк, сфагновое болото, ковыльно-типчаковая степь. Чем бедней видовой состав, тем больше видов доминантов.

Предоминанты - виды зооценоза, живущие за счет доминантов. К примеру, в дубовом лесу таковыми являются кормящиеся на дубе насекомые, сойки, мышевидные грызуны.

"Второстепенные" виды – малочисленные и даже редкие тоже очень важны в сообществе. Их присутствие – это гарантия устойчивого развития сообществ.

Среди доминантов есть такие, без которых другие виды существовать не могут. Их называют эдификаторами.

Эдификаторы – доминанты, без которых другие виды существовать не могут.

Как правило, эдификаторами служат растения – ель, сосна, ковыль, и лишь изредка – животные (сурки).

Эдификаторам (лат. – «строители») принадлежат главные средообразующие функции фитоценоза. Они определяют микросреду (микроклимат) всего сообщества и их удаление грозит полным разрушением биоценоза. Это виды, создающие условия для жизни других видов, ими во многом определяются особенности биоценоза. Эдификаторы всегда доминанты, но доминанты не всегда эдификаторы.

Например: Ель аянская и пихта цельнолистная образуют густые, сильно затененные леса. Под пологом ее могут обитать только растения, приспособленные к условиям сильного затенения, повышенной влажности воздуха, кислых оподзоленных почв. Соответственно этим факторам в еловых лесах, формируется и специфичное животное население. Следовательно, и ель и пихта выступают в роли мощного эдификатора.

Парцелла - группу отдельных видов pастений (доминантов) внутри экосистемы. Например, среди лиственного леса выделяется группа деревьев одного вида (берез).

Консорция - совокупность разнородных организмов вокруг центрального ядра.

ПРИМЕРЫ. Виды-спутники кедра корейского: орех маньчжурский, бархат амурский, диморфант, ясень носолистный, ильм лопастной, клены зеленокорый, ложнозибольдова, маньчжурский, моно, бересклеты малоцветковый, Максимовча, большекрылый, граб сердцелистный, многие кустарники: лещина, чубушник, представители сем. Аралиевых, из трав: разнообразные папоротники и крупнотравье, тригонотис укореняющийся, кислица обыкновенная, аризема мощная и амурская, лесной мак весенний, разные виды хохлаток и ветрениц и многие другие виды.

Основной процесс в лесной экосистеме - фотосинтез. Но лишь малая часть продуктов фотосинтеза немедленно и непосредственно используется самим растением, растительноядными животными и паразитами, питающимися листвой. Большая часть синтезированного материала (листьев, древесины) не подвергается немедленному потреблению и постепенно переходит в подстилку и почву (или в водных экосистемах - в донные осадки) и прежде, чем все это накопленное органическое вещество будет использовано, могут пройти недели, годы и даже тысячелетия (ископаемое топливо).

Совершенно очевидно, что и сообщества, и биоценозы, и экосистемы представляют собой сложные, многоуровневые образования, слагающиеся по определенным законам.

Принцип экологической дополнительности (комплементарности) - никакая функциональная часть экосистемы, например, вид, популяция и т.п. не может существовать без других функционально дополняющих частей.

Действительно, энергия не существует без вещества, животные без растений и т.д.

Принципэкологической конгруэнтности (соответствия) - дополняя друг друга, живые и неживые составляющие экосистемы взаимоприспосабливаются.

Все организмы могут существовать только в рамках экосистем, ибо они их неотрывная часть и занимают в них определенное функциональное место.

Жизненная форма вырабатывается в ходе вековой эволюции видов и характеризирует адаптацию вида к определенному образу жизни.

Конвергенция - Внешнее сходство жизненных форм организмов, развивающихся в сходной среде обитания.

Сходные приспособления это, прежде всего сходные способы перенесения наиболее трудных условий, лежащих за пределами оптимальных.

В сходных условиях произрастания даже неродственные виды могут принимать сходную форму роста (в воде у рыб, дельфинов (млекопитающее), пингвинов (птица), ластоногих (млекопитающие) – обтекаемые тела, ласты и плавники, выполняющие сходные функции; в лесу – хвойные и лиственные деревья; в воздухе у всех птиц крылья, перья, трубчатые кости и пр.). Внешнее сходство скрывает глубокие различия строения внутренних органов и обмена веществ.

ПРИМЕР КОНВЕРГЕНЦИИ среди широколиственных листопадных субтропических деревьев. Здесь четко выделяется группа видов растений с общим комплексом биоморфологических признаков. Это деревья во взрослом состоянии обычно: средней высоты, средней энергии роста, маловетвистые, с толстыми ветвями, очень крупными листьями, гладкой, довольно тонкой корой.

С развитием человеческого общества люди создали отличную от естественной экосистему человека. Ее возникновение позволило резко увеличить численность населения, так как способности человека мыслить и трудиться позволили ему преодолеть действие обычных лимитирующих фактоpов: недостаток пищи, воды, конкуренция с другими видами, хищники, паразиты и т.п.

В результате этого человеческая экосистема распространилась по всему свету, более того, человек продолжает разрушать естественные экосистемы, чтобы занять все большие пространства, и ни одна экосистема на Земле не избежала определенного влияния человека, а многие из них, небольшие по размерам, уже уничтожены.

Существование экосистемы человека в значительной степени поддерживается за счет эксплуатации водных, почвенных, энергетических ресурсов. С истощением ресурсов неизбежно возникнут социальные конфликты, войны, голод, чреватые разрушением всей цивилизации.

В настоящее время человечество принимает альтернативный путь - путь устойчивого развития, основными моментами которого являются необходимость ограничения численности и степени воздействия на естественные экосистемы. Во многих странах мира уже делаются шаги по этому пути: создаются строгие правила охраны окружающей среды, внедряется планирование семьи, сохраняются заповедные территории, регламентируется эксплуатация природных ресурсов.

ЛЕКЦИЯ

Тема: «АНТРОПОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЛИТОСФЕРУ»

 

Верхняя часть литосферы, которая непосредственно выступает как минеральная основа биосферы, в настоящее время подвергается все более возрастающему антропогенному воздействию.

Экологическая функция литосферы заключается в том, что она является «базовой подсистемой биосферы», т.е. вся континентальная и почти вся морская биота опирается на земную кору. Например, техногенное разрушение минимального слоя горных пород на суше или шельфе автоматически уничтожает биоценоз. Литосфера также служит основным поставщиком минерально-сырьевых и в том числе энергетических ресурсов, большая часть которых относится к невозобновимым.

Техногенным изменениям подвергаются основные составляющие литосферы: 1)почвы; 2)горные породы и их массивы; 3)недра.

 

Воздействия на почвы

 

Почва – один из важнейших компонентов окружающей природной среды. Все основные ее экологические функции замыкаются на одном обобщающем показателе – почвенном плодородии. Отчуждая с полей основной (зерно, корнеплоды, овощи и др.) и побочный урожай (солома, листья, ботва и др.), человек размыкает частично или полностью биологический круговорот веществ, нарушает способность почвы к саморегуляции и снижает ее плодородие. Частичная потеря гумуса и снижение плодородия не дает почве возможность выполнять в полной мере свои экологические функции, и она начинает деградировать, т. е. ухудшать свои свойства. В наибольшей степени деградируют почвы агроэкосистем. Причина неустойчивого состояния агроэкосистем обусловлена их упрощенным фитоценозом, который не обеспечивает оптимальную саморегуляцию, постоянство структуры и продуктивности. И если у природных экосистем биологическая продуктивность обеспечивается действием естественных законов природы, то выход первичной продукции (урожая) в агроэкосистемах всецело зависит от такого субъективного фактора, как человек, уровня его агрономических знаний, технической оснащенности и т. д.

Например, в случае создания человеком монокультуры (пшеницы, свеклы, кукурузы и т. д.) в агроэкосистеме нарушается видовое разнообразие растительных сообществ. Агроэкосистема упрощается, объединяется и становится неустойчивой, не способной противостоять абиотическому или биотическому экологическому стрессу.

Основные виды антропогенного воздействия на почвы следующие:

1) эрозия (ветровая и водная);

2) загрязнение;

3) вторичное засоление и заболачивание;

4) опустынивание;

5) отчуждение земель для промышленного и коммунального строительства.

Эрозия почв – разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром (это ветровая эрозия) или потоками воды (это водная эрозия).

К эрозийным процессам относят также промышленную эрозию (разрушение сельскохозяйственных земель при строительстве и разработке карьеров), военную эрозию (воронки, траншеи), пастбищную эрозию (при интенсивной пастьбе скота), ирригационную (разрушение почв при прокладке каналов и нарушении норм поливов) и др.

Однако настоящим бичом земледелия у нас в стране и в мире остаются водная эрозия (ей подвержены 31% суши) и ветровая эрозия (дефляция), активно действующая на 34% поверхности суши.

Ветровая эрозия почв – это выдувание, перенос и отложение мельчайших почвенных частиц ветром.

Интенсивность ветровой эрозии зависит от скорости ветра, устойчивости почвы, наличия растительного покрова, особенностей рельефа и от других факторов. Огромное влияние на ее развитие оказывают антропогенные факторы. Например, уничтожение растительности, нерегулируемый выпас скота, неправильное применение агротехнических мер резко активизируют эрозионные процессы.

Различают местную (повседневную) ветровую эрозию и пыльные бури. Первая проявляется в виде поземок и столбов пыли при небольших скоростях ветра.

Пыльные бури возникают при очень сильных и продолжительных ветрах. Скорость ветра достигает 20-30 м/с и более. Наиболее часто пыльные бури наблюдаются в засушливых районах (сухие степи, полупустыни, пустыни). Пыльные бури безвозвратно уносят самый верхний слой почв.

В нашей стране пыльные бури неоднократно возникали в Нижнем Поволжье, на Северном Кавказе, в Башкирии и в других районах. В настоящее время крупнейший источник пыли– Арал. На космических снимках видны шлейфы пыли, которые тянутся в стороны от Арала на многие сотни километров. Другой крупный пылевой очаг в России – Черные земли Калмыкии.

Водная эрозия почв – это разрушение почв под действием временных водных потоков. Различают следующие формы водной эрозии: плоскостную, струйчатую, овражную, береговую. Как и в случае ветровой эрозии, условия для проявления водной эрозии создают природные факторы, а основной причиной ее развития является производственная и иная деятельность человека. Появление новой тяжелой почвообрабатывающей техники, разрушающей структуру почвы, - одна из причин активизации водной эрозии в последние десятилетия. Другие негативные антропогенные факторы: уничтожение растительности и лесов, чрезмерный выпас скота и др.

Среди различных форм проявления водной эрозии значительный вред окружающей природной среде и в первую очередь почвам приносит овражная эрозия. Экологический ущерб от оврагов огромен. Овраги уничтожают ценные сельскохозяйственные земли, способствуют интенсивному смыву почвенного покрова, заиливают малые реки и водохранилища, создают густорасчлененный рельеф. Подсчитано, что ежедневные потери почв из-за развития оврагов достигают 100-200 га.

Поверхностные слои почв легко загрязняются. Большие концентрации в почве различных химических соединений – токсикантов пагубно влияют на жизнедеятельность почвенных организмов.

Основные загрязнители почвы: 1) пестициды (ядохимикаты); 2) минеральные удобрения; 3) отходы и отбросы производства; 4) газо-дымовые выбросы загрязняющих веществ в атмосферу; 5) нефть и нефтепродукты.

Наиболее загрязненными пестицидами районами являются Краснодарский край и Ростовская область (в среднем около 20 кг на 1 га). В России на одного жителя в год приходится около 1 кг пестицидов, во многих других развитых промышленных странах мира эта величина существенно выше.

В настоящее время влияние пестицидов на здоровье населения многие ученые приравнивают к воздействию на человека радиоактивных веществ. Достоверно установлено, что при применении пестицидов, наряду с некоторым увеличением урожайности, отмечается рост видового состава вредителей, ухудшаются пищевые качества и сохранность продукции, утрачивается естественное плодородие и т. д. Пестициды вызывают глубокие изменения всей экосистемы, действуя на все живые организмы, в то время как человек использует их для уничтожения весьма ограниченного числа видов организмов. В результате наблюдается интоксикация огромного числа других биологических видов (полезных насекомых, птиц) вплоть до их исчезновения.

Среди пестицидов небольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ), которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет, и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов. В ничтожных концентрациях пестициды подавляют иммунную систему организма, а в более высоких концентрациях обладают выраженными мутагенными и канцерогенными свойствами. Попадая в организм человека, пестициды могут вызвать не только быстрый рост злокачественных новообразований, но и поражать организм генетически, что может представлять серьезную опасность для здоровья будущих поколений. Вот почему применение наиболее опасного из них – ДДТ в нашей стране и в ряде других стран запрещено.

Воздействие пестицидов оказывается весьма негативным не только для человека, но и для всей фауны и флоры. Пестициды способны проникать в растения из загрязненной почвы через корневую систему, накапливаться в биомассе и впоследствии заражать пищевую цепь. При распылении пестицидов наблюдается значительная интоксикация птиц (орнитофауны).

В городе Новороссийске была предложена интегрированная система защиты растений с применением и пистецидов, и биопрепаратов, изготовленных на основе культуры грибов. В частности, сочетают пестициды с биопрепаратами в ЗАО «Агрофирма «Мысхако», ГУП «Абрау-Дюрсо», агропредприятие «Раевское». Как показывает анализ, результат довольно хороший, а количество применяемых ядохимикатов снизилось втрое.

Почвы загрязняются и минеральными удобрениями, если их используют в неумеренных количествах, теряют при производстве, транспортировке и хранении. Из азотных, суперфосфатных и других типов удобрений в почву в больших количествах мигрируют нитраты, сульфаты, хлориды и другие соединения.

Выявлен еще один неблагоприятный аспект неумеренного потребления минеральных удобрений, в первую очередь нитратов. Большое количество нитратов снижает содержание кислорода в почве, а это способствует повышенному выделению в атмосферу двух «парниковых» газов – закиси азота и метана. Нитраты опасны и для человека. Так, при поступлении нитратов в человеческий организм в концентрации свыше 50 мг/л отмечается их прямое общетоксическое воздействие. Неумеренное потребление минеральных удобрений вызывает в ряде районов и нежелательное подкисление почв.

К интенсивному загрязнению почв приводят отходы и отбросы производства. В нашей стране ежегодно образуется свыше миллиарда тонн промышленных отходов, из них более 50 млн. т особо токсичных. Огромные площади земель заняты свалками, золоотвалами и др., которые интенсивно загрязняют почвы, а их способность к самоочищению, как известно, ограничена.

Огромный вред для нормального функционирования почв представляют газо-дымовые выбросы промышленных предприятий. Почва обладает способностью накапливать весьма опасные для здоровья человека загрязняющие вещества, например, тяжелые металлы. 20 тыс. тонн тяжелых металлов накапливается в поверхностном слое почв Новороссийска. Был проанализирован состав почв в Южной Озерейке, которая считается у нас зоной отдыха. Выяснилось, что уровень концентрации тяжелых металлов – свинца, меди, кобальта, цинка, хрома и т. д. существенно вырос. Их на 30-50 процентов больше, чем в ближайших окрестностях Черноморского побережья.

Такой повышенный уровень содержания тяжелых металлов в почве связан со строительством перегрузочного комплекса. Именно за время стройки, вероятнее всего, возросла их концентрация. Почва сама по себе консервативная среда. В нее химические вещества попадают из воздуха и воды.

Значительное количество свинца содержат почвы, находящиеся в непосредственной близости от автомобильных дорог. Результаты анализа образцов почвы, отобранных на расстоянии нескольких метров от дороги, показывают 30-кратное превышение концентрации свинца по сравнению с его содержанием (20 мг/г) в почве незагрязненных районов.

Одной из серьезных экологических проблем России становится загрязнение земель нефтью и нефтепродуктами в таких нефтедобывающих районах, как Западная Сибирь, Среднее и Нижнее Поволжье и др. Причины загрязнения – аварии на магистральных и внутрипромысловых нефтепроводах, несовершенство технологии нефтедобычи, аварийные и технологические выбросы и т.д. В результате, например, в отдельных районах Тюменской и Томской областей концентрации нефтяных углеводородов в почвах превышают фоновые значения в 150-250 раз.

Значительную угрозу для здоровья людей представляет загрязнение почв различными патогенами, которые могут проникать в организм человека следующим образом:

во-первых, через цепь: человек – почва – человек. Патогенные организмы выделяются зараженным человеком и через почву предаются другому, либо через выращенные на зараженной почве овощи и фрукты. Таким способом человек может заболеть холерой, бациллярной дизентерией, брюшным тифом, паратифом и др. Аналогичным путем в организм человека могут попадать и черви-паразиты;

во-вторых, через цепь: животные – почва – человек. Существуют ряд заболеваний животных, которые передаются человеку (лептосориаз, сибирская язва, туляремия, лихорадка Ку и др.) путем прямого контакта с почвой, загрязненной выделениями инфицированных животных;

в-третьих, через цепь: почва – человек, когда патогенные организмы попадают из нее в организм человека при прямом контакте (столбняк, ботулизм, микозы и др.).

Вторичное засоление развивается при неумеренном поливе орошаемых земель в засушливых районах. Засоление почв ослабляет их вклад в поддержание биологического круговорота веществ. Исчезают многие виды растительных организмов, появляются новые растения галофиты (солянка и др.).

Заболачивание почв наблюдается в сильно переувлажненных районах, например, в Нечерноземной зоне России, на Западно-Сибирской низменности, в зонах вечной мерзлоты. Заболачивание ухудшает агрономические свойства почв и снижает производительность лесов.

Одним из глобальных проявлений деградации почв, да и всей окружающей природной среды в целом, является опустынивание – процесс необратимого изменения почвы и растительности и снижения биологической продуктивности, который в экстремальных случаях может привести к полному разрушению биосферного потенциала и превращению территории в пустыню. Как правило, к опустыниванию приводит сочетание нескольких факторов, совместное действие которых резко ухудшает экологическую ситуацию.

На территории, подверженной опустыниванию, ухудшаются физические свойства почв, гибнет растительность, засоляются грунтовые воды, резко падает биологическая продуктивность, а, следовательно, подрывается и способность экосистем восстанавливаться.

Опустынивание является одновременно социально-экономическим и природным процессом, оно угрожает примерно 3,2 млрд. га земель, на которых проживают более 700 млн. человек. Особенно опасное положение сложилось в Африке в зоне Сахеля (Сенегал, Нигерия, Мали и др.) – переходной биоклиматической зоне (шириной до 400 км) между пустыней Сахара на севере и саванной на юге.

Интенсивный выпас скота приводит к чрезмерной нагрузке на пастбища и уничтожению и без того разреженной растительности с низкой естественной продуктивностью. Опустыниванию также способствует массовое выжигание прошлогодней сухой травы, особенно после периода дождей, интенсивная распашка, снижение уровня грунтовых вод и др. Выбитая растительность и сильно разрыхленные почвы создают условия для интенсивного выдувания (дефляции) поверхностного слоя земли. Изменение природных комплексов и их деградация особенно заметны в период засух. На территории СНГ опустыниванию подвержено Приаралье, Прибалхашье, Черные земли в Калмыкии и Астраханской области и некоторые другие районы. Все они относятся к зонам экологического бедствия, и их состояние продолжает ухудшаться.

Например, специалисты отмечают, что там, где по условиям рельефа, качества почвы, мощности первостоя можно было выпасать только одну овцу, выпасалось в десятки раз больше. В результате травянистые пастбища превратились в эродированные земли. Так, например, только за последние пять лет площадь подвижных песков в Калмыкии увеличилась более, чем на 50 тыс. га.

Почвенный покров агроэкосистем необратимо нарушается при отчуждении земель для нужд несельскохозяйственного пользования: строительства промышленных объектов, городов, поселков, для прокладки линейно-протяженных систем (дорог, трубопроводов, линий связи), при открытой разработке месторождений полезных ископаемых и т. д. По данным ООН, в мире только при строительстве городов и дорог ежегодно безвозвратно теряется более 300 тыс. га пахотных земель. Конечно, эти потери в связи с развитием цивилизации неизбежны, однако они должны быть сокращены до минимума.