Урок №61 Агроценозы. Влияние человека на экосистемы.

На протяжении многих тысячелетий человек жил в естественной среде обитания, не оказывая серьёзного воздействия на процессы, происходящие в биосфере. С развитием цивилизации отношения человека и природы существенно изменялись. Человек всё шире использовал природные ресурсы, разрушал сложившиеся экосистемы и создавал искусственные, или антропогенные (т. е. созданные человеком) экосистемы.

Наиболее распространёнными антропогенными экосистемами являются агробиоценозы (агроценозы). Они занимают около 10 % всей поверхности суши, создаются для получения сельскохозяйственной продукции и регулярно поддерживаются человеком.

Агроценоз (греч. agros — «поле») — это сообщество организмов, обитающих на землях сельскохозяйственного пользования, занятых посевами или посадками культурных растений.

Пример:

поля, огороды, сады, парки, искусственные пастбища, цветники и т. д.

  В агробиоценозе складываются те же пищевые цепи, что и в естественной экосистеме:

Человек является обязательным звеном этой пищевой цепи. Он создаёт условия для его высокой продуктивности, а затем использует урожай.

Агробиоценозы дают человечеству около 90 % пищевой энергии.

Однако при неправильном ведении сельскохозяйственного производства происходит потеря плодородия почвы, её засоление, опустынивание огромных территорий и загрязнение окружающей среды. Массовое сведение лесов под сельскохозяйственные угодья приводит к серьёзным негативным изменениям в биосфере.

Сравнение естественных и искусственных экосистем

Между агробиоценозом и естественной экосистемой имеются существенные различия.

Важным свойством природного сообщества является его устойчивость.

Экологическая устойчивость агробиоценозов невелика.

Пример:

без участия человека агробиоценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав — 3 года, плодовых культур — 20 лет.

Для естественного биоценоза единственным источником энергии является Солнце.

Агробиоценозы помимо солнечной энергии получают дополнительно энергию, затрачиваемую человеком на обработку почвы, борьбу с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, внесение удобрений и т. д.

В естественной экосистеме первичная продукция растений (урожай), пройдя через многочисленные цепи питания, вновь возвращается в систему биологического круговорота.

В агробиоценозе такой круговорот нарушен, так как большая часть продукции изымается человеком при сборе урожая.

В результате постоянно приходится заботиться о поддержании плодородия почвы, внося удобрения.

Между естественной  и искусственной экосистемой (агроценозом) и имеются существенные различия.

1. Источники энергии

Для естественного биоценоза единственным источником энергии является Солнце.

Агроценозы помимо солнечной энергии получают дополнительно энергию, затрачиваемую человеком на обработку почвы, борьбу с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных культур, внесение удобрений и т. д.

2. Видовое разнообразие

Агроценоз характеризуется бедным видовым составом (монокультура — большое число растений одного вида). Следовательно, в нём создаются хорошие условия для консументов, питающихся этим видом растений (вирусов, бактерий, нематод, клещей, насекомых и т. п.). Поэтому в сельском хозяйстве приходится бороться с вредителями и возбудителями болезней. Основные способы борьбы:

химические методы (использование ядохимикатов);

биологические методы (использование естественных врагов — наездников против бабочек, божьих коровок против тли и т. п.);

севооборот (каждый год на поле выращивается другая культура, чтобы вредители не накапливались в почве).

3. Устойчивость сообществ

Важным свойством природного сообщества является его устойчивость, поддерживающаяся многообразными связями большого числа входящих в него видов. 

В агроценозе живёт меньше видов, чем в естественной экосистеме. Поэтому пищевые цепи в агроэкосистеме короткие, неразветвлённые, и следовательно, экологическая устойчивость агроценозов невелика.

Пример:

без участия человека агробиоценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, многолетних трав — 3 года, плодовых культур — 20 лет.

4. Круговорот веществ

В естественной экосистеме первичная продукция растений (урожай), пройдя через многочисленные цепи питания, вновь возвращается в систему биологического круговорота — это замкнутый круговорот веществ.

В агроценозах такой круговорот нарушен, так как большая часть продукции изымается человеком при сборе урожая (незамкнутый круговорот веществ). В результате постоянно приходится заботиться о поддержании плодородия почвы, внося удобрения.

Наряду с агробиоценозами экосистемы городов занимают всё большее место в развитии биосферы на нашей планете (сейчас более половины населения Земли живёт в городах и поселках городского типа, а в промышленно развитых странах эта цифра доходит до 70 %).

В городской экосистеме экологическое равновесие невозможно. В экосистемах городов нарушено соотношение продуцентов, консументов и редуцентов. Регулирование всех процессов, связанных с потоками вещества и энергии, в городе берёт на себя человек.

Очень важно, чтобы город был экосистемой, не вредящей здоровью людей.

Ещё в Средние века было замечено, что продолжительность жизни горожан меньше, чем у сельских жителей. Отсутствие зелени, узкие улочки, маленькие дворы-колодцы, куда практически не проникал солнечный свет, создавали неблагоприятные условия для жизни человека. 

В город поступают энергия и ресурсы, необходимые для промышленности, транспорта и жизнедеятельности его жителей. Город производит огромное количество ядовитых газов, токсичных отходов, загрязняющих окружающую среду.

В больших городах особенно сильно проявляется повышение уровня заболеваемости. В определённой степени это объясняется одновременным воздействием на организм двух, трёх или более вредных факторов, каждый из которых обладает незначительным действием, но в совокупности приводит к серьёзным бедам людей.

Пример:

насыщение среды и производства скоростными и быстродействующими машинами повышает напряжение, требует дополнительных усилий от человека, что приводит к переутомлению. Хорошо известно, что переутомлённый человек больше страдает от последствий загрязнения воздуха, инфекций.

Загрязнённый воздух в городе, отравляя кровь окисью углерода, наносит некурящему человеку такой же вред, как и выкуривание курильщиком пачки сигарет в день.

Серьёзным отрицательным фактором в современных городах является так называемое шумовое загрязнение.

Городской ландшафт не должен быть однообразной каменной пустыней. В архитектуре города следует стремиться к гармоничному сочетанию аспектов социальных (здания, дороги, транспорт, коммуникации) и биологических (зелёные массивы, парки, скверы). В этом большую роль могут сыграть ландшафтные архитекторы.

Экологи считают, что в современном городе человек должен быть не оторван от природы, а как бы растворён в ней. Поэтому общая площадь зелёных насаждений в городах должна занимать больше половины его территории.

Учитывая способность зелёных насаждений благоприятно влиять на состояние окружающей среды, их необходимо максимально приближать к месту жизни, работы, учёбы и отдыха людей.

Особое место вокруг промышленных предприятий и автострад должны занять защитные зелёные зоны. В них рекомендуется высаживать деревья и кустарники, устойчивые к загрязнению, например клён американский, тополь канадский, липу сердечную, можжевельник казацкий и виргинский, иву белую, крушину ломкую, дуб черешчатый, бузину красную.

Ухаживая за зелёными насаждениями, оберегая и умножая их, каждый житель города может внести свой посильный вклад в улучшение экологии города.

Эволюция биосферы шла по пути усложнения структуры биологических сообществ, умножения числа видов и совершенствования их приспособленности. Эволюционный процесс сопровождался увеличением эффективности преобразования энергии и вещества биологическими системами: организмами, популяциями, сообществами.

Вершиной эволюции живого на Земле явился человек, который как биологический вид отличается от всех остальных наличием мышления, способностью к осознанной деятельности и умением изготавливать и использовать орудия труда.

Человек, в отличие от всех других живых организмов, не приспосабливался к окружающей его среде, а приспосабливал её к своим потребностям.

В палеолите человек ещё вписывался в естественный круговорот веществ в природе. После появления земледелия, скотоводства, начала добычи и использования полезных ископаемых он сам стал активно вмешиваться в его формирование, вовлекая в круговорот новые вещества — углеводороды, железо и другие полезные ископаемые.

В XVIII в. началось бурное развитие промышленного производства. С тех пор и до сего дня влияние человечества на биосферу возрастает с каждым годом. Человек наступает на природу, не задумываясь о неизбежных последствиях своей деятельности.

Строятся города, огромные площади в сельской местности заняты техническими монокультурами, уничтожаются леса и болота, бесполезные с точки зрения современного человека. Всё больше сокращается разнообразие видов живых организмов в средах, эксплуатируемых человеком. Уменьшение биологического разнообразия естественной среды приводит к нарушению равновесия в природе.

Редуценты уже не в состоянии полностью переработать отходы, оставляемые человеческим обществом. Положение усугубляется тем, что в процессе промышленного производства создаётся большое количество веществ, которые невозможно разрушить биологическим путём (например, многие пластмассы).

Загрязнение среды приобретает всё большие размеры. Происходит быстрое истощение невозобновимых природных ресурсов биосферы.

Теперь мы всё отчетливее понимаем, что представление о неисчерпаемости природных ресурсов ведёт человечество к экологической катастрофе.

В данной ситуации перед человечеством возможны лишь два пути.

Первый — положиться на волю стихии: в этом случае наступающий кризис приведёт, скорее всего, к уничтожению человечества.

Следовательно, возможен лишь второй путь, при котором стихии развития должна быть противопоставлена разумная стратегия, общая для всего человечества. Она должна быть направлена на преобразование биосферы Земли, по определению В. И. Вернадского, в ноосферу — сферу разума. В. И. Вернадский писал: «Человечество, взятое в целом, становится мощной геологической силой. И перед ним, перед его мыслью и трудом ставится вопрос о перестройке биосферы в интересах свободно мыслящего человечества как единого целого. Это новое состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого, приближаемся, и есть ноосфера».

К сожалению, мы ещё очень далеки от решения данной проблемы. Для перестройки биосферы в ноосферу требуются не только обширные и глубокие знания закономерностей и механизмов функционирования экологических систем, но определённый уровень нравственности общества, осознание каждым человеком своего единства с природой, необходимости перестройки системы общественного производства и потребления.

Каждый из нас и человечество в целом должны осознать ограниченность ресурсов на нашей планете. Необходимо чётко уяснить, что ни один вид живых организмов не может жить, пренебрегая законами природы. Нельзя потреблять больше, чем производят экосистемы. Нарушение законов природы неизбежно ведёт к гибели человеческой цивилизации.

Человек — лишь один из биологических видов на нашей планете, и он не должен забывать: биосфера без человека существовала и может существовать, человек вне биосферы существовать не может.

Природные ресурсы — важнейшие компоненты окружающей человека среды, используемые для удовлетворения всевозможных материальных и культурных потребностей общества.

Они весьма разнообразны, как и возможности их использования человеком.

Ресурсы биосферы подразделяются на 2 большие группы.

1. Неисчерпаемые.

Пример:

вода, солнечная энергия, климатические ресурсы.

2. Исчерпаемые, которые в свою очередь, подразделяются на:

возобновимые (быстро восстанавливаются).

Пример: трава, животные, минеральный состав почв;

относительно возобновимые (восстанавливаются >100 лет).

Пример: лес спелого возраста, пахотопродуктивные почвы, воздушное пространство, водные ресурсы региона;

невозобновимые.

Пример: минеральные ресурсы, земельные ресурсы.

Часть ресурсов биосферы, которые могут использоваться для удовлетворения потребностей человеческого общества, принято называть природными ресурсами.

Тела и явления природы становятся определённым природным ресурсом лишь в том случае, если:

в них возникает потребность.

Появляются технические возможности для использования.

Его использование экономически выгодно.

Классификация природных ресурсов

По степени изученности, технической доступности и экологической рентабельности:

реальные (доступные) запасы,

потенциально-доступные (общие) запасы.

По происхождению:

растительные, животные, минеральные, водные, земельные, климатические.

По видам хозяйственного использования:

Ограниченность ресурсов Земли становится в настоящее время одной из наиболее актуальных проблем человеческой цивилизации.

Проблемы ресурсоиспользования

Ресурсный кризис.

Потеря возобновляемых и частично возобновляемых ресурсов.

Деградация ресурсов вследствие загрязнения.

Асистемный (бессистемный) подход к использованию ресурсов.

Поиск путей рационального управления природными ресурсами — одна из важнейших задач современности.

Загрязнение — поступление в окружающую среду вещества или энергии, свойства, местоположение или количество которых оказывают негативное воздействие на окружающую среду.

Многие экологические проблемы, существующие сегодня, являются следствием неразумной хозяйственной деятельности человека. Развивающиеся промышленные производства, энергетика, сельское хозяйство могут при несоблюдении экологических требований сильно загрязнять окружающую среду.

Классификация загрязнений

По происхождению загрязнения делят на природные (постоянно действующие: испарения с моря — и периодически действующие: вулканы) и антропогенные (постоянно действующие: нормальные побочные продукты жизнедеятельности — и периодически действующие: отходы производства). 

По характеру загрязнения:

По масштабам воздействия:

Химическое загрязнение окружающей среды

Источниками химического загрязнения являются:

Глобальные проблемы загрязнения атмосферы

Загрязнение атмосферного воздуха парниковыми газами:

Последствия:

Мероприятия по сокращению парниковых газов в атмосфере и снижению глобального потепления:

увеличение КПД горючего топлива.

Разработка и внедрение альтернативных видов энергии.

В 1997 г. был подписан Киотский протокол (о снижении выбросов парниковых газов).

Разрушение озонового слоя

Существуют природные (хлорметан — продукт жизнедеятельности организмов в океане) и антропогенные (фреоны — содержатся в аэрозолях, рефрижераторах, кондиционерах) катализаторы разложения озона.

Последствия:

Мероприятия по предотвращению сокращения озонового слоя:

Кислотные осадки

Кислотные осадки — серные кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота:

Последствия:

Мероприятия по сокращению выпадения кислотных осадков:

Локальные загрязнения воздуха

Загрязнителями воздуха в локальных масштабах могут быть:

Основными мерами по предотвращению загрязнения воздуха являются мероприятия по очистке газов, выбрасываемых в атмосферу предприятиями и автотранспортом, от твёрдых веществ и газовых примесей.

Проблемы загрязнения природных вод:

Причины загрязнения пресных вод:

Меры по предотвращению загрязнения вод:

Последствия воздействия на литосферу