Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №20/2005
Курс «Системный подход как условие развивающего обучения в курсе биологии»

КУРСЫ ПОВЫШЕНИЯ КВАЛИФИКАЦИИ

ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ "ПЕРВОГО СЕНТЯБРЯ"

ЧЕРНОВА Н.М.

Курс «Учителю биологии об основах экологии»

Учебный план курса

№ газеты

Учебный материал

17

Лекция 1. Почему надо изучать экологию

18

Лекция 2. Организм и среда

19

Лекция 3. Экологические адаптации
Контрольная работа № 1 (срок выполнения – до 15 ноября 2004 г.)

20

Лекция 4. Средообразующая роль организмов

21

Лекция 5. Биоценозы
Контрольная работа № 2 (срок выполнения – до 15 декабря 2004 г.)

22

Лекция 6. Популяции

23

Лекция 7. Экосистемы

24

Лекция 8. Биосфера

Итоговая работа.
Итоговые работы, сопровождаемые справками из учебного заведения (актами о внедрении), должны быть направлены в Педагогический университет не позднее 28 февраля 2005 г.

Лекция 4. Средообразующая роль организмов

Подвергаясь влиянию различных факторов среды, живые существа, в свою очередь, воздействуют на нее. Наиболее древний и общий путь такого воздействия – химический, связанный с осуществлением обмена веществ. Организмы преобразуют среду уже тем, что живут, извлекая из своего окружения необходимые вещества и энергию и выделяя продукты метаболизма.

Наибольшим разнообразием типов обмена веществ отличаются бактерии. В зависимости от вида используемой энергии и источника углерода их разделяют на хемотрофы и фототрофы (использующие энергию химических связей или энергию света), автотрофы и гетеротрофы (использующие в качестве источника углерода CO2 или готовые органические вещества), литотрофы и органотрофы (использующие разнообразные неорганические или органические соединения). Бактерии участвуют во всех биогеохимических процессах на планете. Для каждого природного вещества есть микроорганизмы, способные его разложить (правило Виноградского, 1896 г.). Бактерии живут как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Вещества, выделяемые ими в окружающую среду, чрезвычайно разнообразны. Фотосинтезирующие цианобактерии, как и растения, в качестве побочного продукта выделяют кислород, а метанобразующие бактерии – метан. Результатом жизнедеятельности разных бактерий могут быть водород, сероводород, аммиак, сульфаты, окислы железа и марганца, разнообразные органические и неорганические кислоты и другие соединения.

Жизнь появилась на Земле около 4 млрд лет назад и сразу же стала влиять на химический состав верхних слоев планеты. Прокариотные сообщества сформировали систему биогеохимических циклов и биосферу. Наиболее ярко влияние прокариотических организмов на окружающую среду проявилось в истории атмосферного кислорода. Имеются достаточно убедительные свидетельства, что первоначально атмосфера не содержала свободного кислорода и была либо восстановительной, либо нейтральной, а молодая земная кора и океан содержали много недоокисленных соединений. Вместе с тем самые ранние следы жизни в древних породах (не менее 3,5 млрд лет) свидетельствуют о фотосинтезе, который, по современным представлениям, осуществляли разнообразные цианобактерии в сложных сообществах с другими прокариотами. Выделяемый при этом кислород перехватывали находящиеся в тесном сожительстве с ними аэробные гетеротрофные микроорганизмы, разлагающие созданное органическое вещество. Неполнота этих мини-круговоротов приводила к ускользанию части кислорода в окружающую среду, а недоразложившиеся органические соединения попадали в донный осадок. Кислород долго не накапливался в атмосфере, поскольку первоначально весь уходил на окисление, прежде всего соединений железа в литосфере и серы в океане. Его накопление в свободном виде началось только после исчерпания веществ-восстановителей в поверхностных оболочках планеты. Геологической границей, свидетельствующей о полном окислении земных пород, считается появление красноцветных толщ, в которых железо присутствует в трехвалентном состоянии. Эти породы имеют возраст 1,8–2 млрд лет и свидетельствуют о кардинальных изменениях химии земной поверхности в результате деятельности живых организмов. Накопление кислорода в атмосфере и океане стало предпосылкой расцвета эукариотических форм и в дальнейшем – появления многоклеточных и сложно устроенных организмов. Анаэробные прокариоты оказались оттесненными в локальные местообитания с отсутствием кислорода.

Масштабное химическое влияние на окружающую среду происходило и происходит на протяжении всей эволюции жизни. В современной биосфере оно выражается в поддержании биогеохимических круговоротов отдельных элементов, в формировании локальных особенностей земной коры и местообитаний. Так, основной источник углекислого газа для фотосинтеза современной растительности – его выделение в результате дыхания всей совокупности организмов. CO2, поступающий из недр Земли в составе вулканических газов, составляет лишь тысячные доли процента от общего количества CO2, находящегося в биологическом круговороте. Основную массу углекислого газа поставляют почвы, где сосредоточена деятельность многочисленных групп бактерий, грибов, животных и корней растений. Для почв России выделение СО2 составляет от 1 до 18 т на 1 га за вегетационный сезон, причем треть этого количества приходится на корневое дыхание растений и не менее 40% – на дыхание грибного мицелия. Углекислый газ – не только источник углерода для фотосинтеза, но и один из важнейших парниковых газов, определяющих тепловой режим приповерхностных слоев атмосферы. Все современные организмы, выделяющие СО2, участвуют таким образом в поддержании температурных условий жизни на планете. Другой важный парниковый газ – метан – поступает в воздушную среду в результате деятельности анаэробных метанобразующих бактерий, в основном со дна болот и озер, богатых органическими осадками. Болота Западной Сибири – важный поставщик этого газа в атмосферу Земли. Парниковые газы участвуют в регуляции климата, и любые изменения в их содержании отражаются на глобальных температурах.

Химическое воздействие микроорганизмов на среду весьма многообразно. Так, щелочность подземных вод, солончаков, окисление сульфидных руд связано с деятельностью серных бактерий. Железобактерии формируют в континентальных водоемах отложения озерной и болотной руды.

Воды океана характеризуются относительным постоянством химического состава, которое поддерживается жизнедеятельностью организмов. Например, карбонатное равновесие обеспечивается таким образом: постоянно выносимые реками в океан соединения кальция с материков постоянно же используются для образования скелетов планктонными и донными обитателями – одноклеточными простейшими фораминиферами, некоторыми водорослями, моллюсками, кораллами и т.п., которые затем формируют осадочные породы. Растворимые соединения кремния удаляются из воды в основном диатомовыми водорослями и радиоляриями. Химическое выветривание наземных пород происходит преимущественно под действием микроорганизмов, образующих органические кислоты, углекислоту и другие соединения, а также корневых выделений растений.

Кроме изменения среды продуктами обмена веществ, важнейший путь средообразующей деятельности организмов – накопление мертвых органических остатков (мортмассы). Оно происходит вследствие неполного баланса процессов продукции и деструкции. Часть органического углерода может надолго выпадать из круговорота и захораниваться в осадочных отложениях. Таким путем в прошлом возникли материнские нефте- и газоносные породы, горючие сланцы, а на суше – залежи каменного угля. Торфообразование происходит и в настоящее время. Количество органического углерода в этих и других породах эквивалентно количеству кислорода, накопленному атмосферой.

Постоянное образование мертвой органики на суше привело к возникновению новой среды жизни – почвенному покрову континентов, или педосфере. Почва представляет собой тонкий поверхностный слой литосферы, толщиной в 1–2 м. Это особое природное образование, созданное и поддерживаемое деятельностью многочисленных организмов. Основоположник научного почвоведения В.В. Докучаев предложил в 1886 г. «разуметь под почвой исключительно только те дневные или близкие к ним горизонты горных пород, …которые более или менее естественно изменены взаимным влиянием воды, воздуха и различного рода организмов, живых и мертвых…». Позднее он подчеркивал, что «почвы есть функция (результат) от материнской породы (грунта), климата и организмов, помноженная на время». По классификации В.И. Вернадского, почва относится к биокосным природным системам, где живое и неживое (косное) вещества взаимодействуют так тесно, что в качестве целого приобретают особые свойства, которыми по отдельности не обладают.

Почва служит средой обитания огромному числу организмов. Она представляет собой трехфазную систему, где твердая часть перемежается с полостями и порами, в которых содержатся вода и воздух. Порозность почв составляет от 20 до 70%. В силу физических и химических условий в почве создается большое разнообразие местообитаний и для воздуходышащих, и для водных организмов. Главная особенность почвы – постоянное поступление энергетических ресурсов в виде отмерших органических остатков, основными поставщиками которых являются наземные растения.

Почва играет важнейшую роль в биосфере. Через нее проходят потоки биогеохимических круговоротов всех элементов на планете. Она оказывает существенное влияние на атмосферу и гидросферу. Почвы, с одной стороны, ускоряют химическое и физическое выветривание горных пород, а с другой – повышают устойчивость литосферы к разрушению ветрами и водными потоками. Происходящие в почве процессы влияют на состав атмосферы и водную миграцию веществ. Одним из важнейших свойств почвы является ее плодородие – способность поддерживать жизнь разных организмов, обеспечивая продуктивность растений. Обязательная составляющая почвообразования – сложная трансформация органического вещества, его переработка огромной армией живых существ. Почвообразование – биогенный процесс. Возникновение, развитие и поддержание почв невозможно без участия живых организмов. Они осуществляют постепенную минерализацию мертвого органического вещества и возврат биогенных элементов в форму, вновь доступную для усвоения растениями. Другой важный процесс, сопровождающий минерализацию, – гумификация. Часть разлагающихся материалов превращается при участии почвенных организмов в сложный комплекс соединений – гумусовые вещества, способствующие долгому и надежному поддержанию почвенного плодородия. Наиболее плодородные почвы (черноземы) содержат до 10% гумуса. В подзолистых почвах его около 2%.

В почвообразовании участвуют все группы живых организмов. Они, во-первых, являются поставщиками энергетических ресурсов почвы – мертвого органического вещества, во-вторых, изменяют химический состав по сравнению с материнской породой и, в-третьих, служат важным фактором перемешивания и перемещения веществ.

Растения берут из почвы химические элементы и воду. Их корни насыщают и пронизывают всю толщу почвенного слоя, так что некоторые почвоведы определяют почву как корнеобитаемый слой литосферы. Масса корней достигает 8–12 т/га в степи и широколиственных лесах и 20 т/га в тропических лесах. До 30% корней ежегодно отмирает. На поверхность почвы каждый год поступает, в зависимости от типа растительности, от 1 до 30 т/га опада. Трансформация его осуществляется бактериями, грибами и животными.

Сосущая сила корней создает постоянный ток воды из почвы, с последующим ее испарением растениями. В аридных районах масштабы транспирации сравнимы с количеством выпадающих осадков. Растущие корни рыхлят почвенные слои, после них остаются поровые пространства, заполняемые водой и газами.

Почва – самый богатый природный субстрат по разнообразию и численности микроорганизмов. Высокая концентрация микробной жизни определяет роль почвы как глобальной геохимической мембраны, через которую происходит обмен веществ в биосфере. По современным данным, количество бактерий в 1 г почвы составляет от одного до нескольких десятков миллиардов клеток, а суммарная длина грибного мицелия в 1 г почвы может достигать сотен и тысяч метров. Дрожжей и водорослей в 1 г почвы – около 10 тыс. клеток. В ней присутствуют микроорганизмы как разлагающие органические вещества (целлюлозу, лигнин, пектины, белки и т.п.), так и осуществляющие фиксацию азота, трансформацию минеральных соединений. Почвенные микроорганизмы участвуют в превращениях не менее 65 элементов таблицы Менделеева, в том числе и тех, которые не используются в живых клетках (Hg, Cd, Cr и др.). Каждый комочек почвы предоставляет множество микросред для развития как аэробных, так и анаэробных микроорганизмов, способных осуществлять часто прямо противоположные химические функции. Продукты их жизнедеятельности способствуют также созданию почвенной структуры, склеивая минеральные частицы между собой в водопрочные агрегаты. Особая роль в оструктуривании почвы принадлежит грибам, которые не только склеивают частицы своими выделениями, но и механически оплетают гифами почвенные агрегаты, скрепляя их. Микроорганизмы участвуют в корневом питании растений, не только высвобождая биогенные элементы из сложных соединений, но и фиксируя атмосферный азот, который растения не могут усваивать сами, а также снабжая их физиологически активными веществами – витаминами, ауксинами, гиббереллинами и др.).

Большую роль в жизни почвы играет также и животный мир. Почвы населены огромным количеством животных, в основном беспозвоночных, сильно различающихся по размерам (от нескольких микрон до десятков сантиметров). Чем мельче почвообитающие животные, тем выше их численность. Например, количество амёб может достигать 40 тыс. и более на 1 г сырой почвы. Микроскопические круглые черви нематоды исчисляются миллионами (1–15 млн), питающиеся разлагающимся опадом мелкие клещи и коллемболы – десятками и сотнями тысяч, насекомые и их личинки – сотнями и тысячами, дождевые черви – десятками и сотнями на 1 м2. Роющие млекопитающие (мышевидные грызуны, землеройки, кроты и др.) учитываются уже не на квадратные метры, а на гектары площади.

Почва обеспечивает возможность существования многим животным, не имеющим защиты от испарения воды через покровы, – по ряду параметров (температурный, газовый, водный режим и т.п.) она формирует условия, промежуточные между наземной и водной средой. Разнообразие почвенных животных очень велико: число их видов составляет не менее трети от общего числа видов, известных на Земле. Из почв описано не менее 500 видов простейших, 11 тыс. видов нематод, 180 тыс. насекомых, 30 тыс. моллюсков, примерно 20 тыс. клещей и 10 тыс. коллембол, свыше 200 видов дождевых червей и множество разнообразных представителей других групп. Среди них есть как потребители живых и мертвых частей растений (фитофаги, сапрофаги и детритофаги), так и хищники. Основная деятельность животных в почве – разрушение и измельчение растительного опада, ускоряющие его минерализацию и гумификацию. Пропуская опад через кишечник и выделяя экскременты, животные многократно увеличивают поверхность растительных остатков, усиливая тем самым деятельность микроорганизмов, которые могут быть активными только в поверхностном слое частиц. Кишечные ферменты беспозвоночных влияют на химический состав опада, а избирательное поедание ими грибных гифов и бактериальных скоплений регулирует направление деятельности микрофлоры. Часть микроорганизмов постоянно обитает только в кишечниках беспозвоночных и влияет на минерализацию и гумификацию субстратов через пищевой режим их хозяев. Таким образом, животный и микробный мир действуют как единая система, обеспечивая круговорот веществ.

Животным, в силу их подвижности, принадлежит также важная роль в перемещении и перемешивании вещества почв. Они мигрируют по поровым пространствам, а более крупные проделывают в почве вертикальные и горизонтальные ходы, увеличивая ее порозность. При этом животные заносят органические остатки в более глубокие слои и выбрасывают на поверхность массу почвы из ее глубины. Суммарный выброс почвы дождевыми червями, муравьями, мокрицами в аридных районах сравним по объему с таковым от деятельности сусликов, сурков и других крупных норных обитателей. Пустынные мокрицы выносят на поверхность за год 5–6 кг/м2 грунта с метровой глубины. Еще более активны муравьи и термиты. Дождевые черви в полосе умеренного климата ежедневно пропускают через кишечник объем почвы, вдвое превышающий их собственный. Экскременты почвенных животных представляют водопрочные агрегаты, где перемешаны органические и минеральные вещества. Они составляют значительную часть гумусового горизонта.

Если на суше деятельность организмов привела к созданию почвы, как особой среды жизни, то состав морских и пресных вод, их качество также зависят от их обитателей. Океан – тоже биокосная система, где живые и неживые компоненты практически неотделимы друг от друга. Многочисленные и разнообразные организмы, населяющие толщу и дно водоемов, выделяют в воду продукты жизнедеятельности, в том числе растворенные органические вещества (РОВ). Их концентрация составляет 30–150 мкг углерода на 1 л воды, и они служат источником энергии для планктонных бактерий. Продукты разложения отмерших клеток и тканей водных обитателей присутствуют в воде в форме оседающего взвешенного органического вещества (ВОВ). По массе ВОВ превышает живое вещество в десятки раз и, так же как и клетки бактерий, водорослей, простейших и другие мельчайшие и мелкие организмы, постоянно потребляется видами-фильтраторами.

Фильтрация как способ добывания пищи широко распространена в водной среде. Бактерии водной толщи в основном отфильтровываются инфузориями и другими простейшими и личинками многоклеточных, а они сами, вместе с фитопланктоном, служат пищей зоопланктону, который, в свою очередь, потребляется более крупными фильтраторами. Не менее 40 тыс. видов обитателей дна и водной толщи добывают пищу, отцеживая съедобные и осаждая на дно несъедобные частицы. Среди них пластинчатожаберные (двустворчатые) моллюски, сидячие иглокожие и многощетинковые черви, мшанки, асцидии, планктонные рачки, некоторые рыбы и др. Животные-фильтраторы выполняют важнейшую роль в биологической очистке водоемов. Скопления моллюсков-мидий на площади в 1 м2 способны очищать 150–280 м3 воды за сутки, мелкие рачки дафнии в прудах – около 1,5 л воды на особь. В крупных волжских водохранилищах вся вода за вегетационный сезон проходит через фильтровальные аппараты одних только моллюсков-дрейссен до 18 раз. Обитатели всего Мирового океана, по подсчетам, пропускают через себя воду, равную его общему объему, всего за несколько суток. Прибрежная зона океана, особенно богатая скоплениями видов-фильтраторов, работает как гигантская эффективная очистительная система. Таким образом, химический состав, чистота и прозрачность природных вод – результат деятельности живых организмов.

Мощными средообразователями в океане являются виды-рифостроители. Такую роль в современных морях играют в основном коралловые полипы, создающие своими скелетами подводные местообитания, с которыми связана жизнь огромного числа видов рыб, ракообразных, моллюсков, полихет, иглокожих и других групп животных, а также водорослей. При этои часть одноклеточных густо заселяет тела самих полипов.

Основные средообразователи на суше – растения. Растительность влияет на климат, ослабляя силу ветра и участвуя в круговороте воды. Растительный покров создает облик ландшафтов, формируя условия жизни для животных. С тундровой, лесной, степной, луговой, пустынной, болотной растительностью связаны определенные виды птиц, млекопитающих, насекомых и других групп организмов, приспособившихся к особенностям конкретных местообитаний. Растения создают микроклимат, позволяющий другим видам избегать неблагоприятных условий.

Бактерии и одноклеточные водоросли воздействуют на окружающую среду посредством своего обмена веществ и быстрого размножения. Многоклеточные грибы и особенно растения кроме этого своими телами занимают и структурируют пространство. Многие виды животных активно преобразуют окружающую среду, создавая себе условия для переживания неблагоприятных периодов, для защиты и размножения. Этому служит, прежде всего, их строительная деятельность. Подземные галереи норных жителей (сурков, пищух, кротов, медведок и др.) – среда, созданная ими и отличающаяся особым микроклиматом. Гнезда птиц защищают от непогоды не хуже, чем постройки человека: в похожем на валенок гнезде синицы-ремеза птенцам тепло и сухо и в дождливую, и в ветреную погоду. Грандиозные постройки термитов часто определяют облик ландшафтов. Не способные переносить высыхание и прямые солнечные лучи термиты процветают в созданной ими искусственной среде с постоянными температурой и влажностью. Сложное гнездостроение свойственно практически всем социальным насекомым: муравьям, пчелам, шмелям и др. Широко известны своей средопреобразовательной деятельностью бобры, меняющие с помощью постройки плотин гидрорежим местности. Таким образом, у животных проявляется новый путь адаптации: не только приспособление к среде обитания, но и преобразование ее в нужном для себя направлении.

В особенности этот путь отличает современного человека, причем принципиальное изменение его произошло в очень короткие эволюционные сроки – около 12 тыс. лет назад. Влияние доисторического человека на среду обитания принципиально не отличалось от влияния других крупных животных. Люди вели образ жизни собирателей и охотников, строили жилища, прокладывали тропы. Правда, достаточно давно был освоен огонь, но он использовался только для обогрева и приготовления пищи. Все изменилось с переходом от присваивающего хозяйства к производящему, с появлением земледелия и животноводства. Потребовалось использование земли под пашни, для выпаса скота. С ростом строительного производства формы влияния на окружающую среду быстро росли и расширялись. Позднее к этому добавилось развитие горной промышленности, энергетики, транспортных средств и новейших информационных технологий.

Современный человек живет в преобразованной им среде и видит вокруг себя дома, асфальт, поля, сады, парки, дороги, транспорт и т.п. Человечество получает все необходимое от природы через созданную им культуру, т.е., в широком смысле слова, – через всю совокупность созданных материальных и духовных богатств. Общество людей, в отличие от других видов, не приспосабливается к дикой природе, а наоборот, приспосабливает ее к своим нуждам и целям. В настоящее время практически вся природа Земли находится под влиянием человека. Этот виток развития, с одной стороны, дает человечеству огромные возможности, но с другой – ставит перед ним множество проблем и локального, и глобального характера, вплоть до проблемы выживания на собственной планете.

Технологическое влияние постепенно разрушает ту систему жизнеобеспечения, которую создала эволюция. Деградирует почвенный покров планеты, нарушаются почвообразование и механизмы самоочищения водоемов, изменяется баланс газов в атмосфере, идет ускоренное вымирание видов, меняется состав сообществ. Учащаются природные катастрофы глобального масштаба. Человечество начинает влиять и на климат Земли. Все это – результат стихийного развития цивилизации и роста народонаселения.

С другой стороны, развитие науки и, в частности, экологии, позволяет осознать и оценить реальные опасности и те механизмы и способы, которыми можно их предотвратить. Сейчас стало понятно, что время «покорения природы» прошло и главной стратегией человечества должно стать следование фундаментальным природным законам и встраивание своей деятельности в общую систему жизнеобеспечения в биосфере. Кроме достижений современной науки, разные народы и племена владеют большим арсеналом эмпирических, полученных опытным путем, методов неистощительного использования возобновимых ресурсов (земель, лесов, вод, промысловых объектов) и охраны среды, которые практически не применяются в настоящее время. Все это, вместе взятое, должно быть соединено в единую систему рационального природопользования и составлять приоритетное направление политики государств.

Антропогенные изменения среды наиболее ярко выражены в городах и промышленных агломератах. Крупные города характеризуются огромным количеством населения, высокой плотностью застройки, концентрацией промышленных и перерабатывающих предприятий, интенсивным движением транспорта. Как центры крупноочагового природопользования города влияют на обширные пространства за их пределами. Через них идут потоки ресурсов и в переработанном виде вывозятся в другие районы. Города потребляют огромное количество энергии. Почвы города обычно «запечатываются» асфальтом и другими покрытиями. Городская жизнь считается более комфортной, чем сельская, но она имеет множество негативных сторон, влияющих на здоровье и психологическое состояние людей. К основным проблемам городской среды относятся загрязнения: химические, шумовые, радио- и электромагнитные излучения и др. Повышен риск травматизма от транспорта. Отдельную проблему составляет поддержание санитарного состояния городской среды, работа систем водоснабжения и канализации и обезвреживание твердых бытовых отходов (ТБО). Их количество стремительно растет с ростом благосостояния населения. В Европе в среднем количество ТБО составляет 440 кг ТБО на душу населения в год, в США – 720, в России – около 250 кг, а во всем мире ежегодно – не менее 30 млн т. Только в Москве каждый год поступает на свалки около 5 тыс. т ТБО. Полигоны, на которых складируются отходы, занимают все более значительные площади вокруг городов, отравляя окружающую среду. В настоящее время грамотное управление городской средой обязательно включает целый ряд экологических способов ее оздоровления, а в прикладной науке возникла целая область – урбоэкология, или экология города. Идет поиск методов предупреждения или смягчения отрицательного влияния урбанизации на население и природу регионов.

Добыча полезных ископаемых превращает обширные территории в пустыни, особенно если разработка ведется открытым способом. Возникают подобия лунных ландшафтов, причем наверх часто выносятся токсичные породы, на которых не приживаются растения. Рекультивация таких земель – одна из важнейших задач современности. Возвращать жизнь на нарушенные территории можно только на основе глубокого знания экологических закономерностей и конкретных особенностей местообитаний. Восстановительные работы, сначала казавшиеся успешными, часто заканчиваются полной неудачей. Рекультивация полностью нарушенных территорий – дорогое, длительное и наукоемкое мероприятие. Тем не менее в ряде стран – Германии, Англии, Австралии и др., есть примеры успешного восстановления полноценной природной среды. Набирает силу и теория рекультивации.

Способы оптимизации территории разрабатывает ландшафтная экология. Человек сильно изменил внешний облик поверхности планеты во всех ландшафтных зонах. Это касается рельефа, растительности, водоемов. С европейской территории, например, полностью исчез ландшафт степи. Вырубаются леса, распахиваются земли. На территориях промышленного сельского хозяйства основная тенденция – создание обширных и однообразных полевых площадей. Между тем давно известно, что наиболее устойчивы и продуктивны ландшафты с внутренним разнообразием. Еще В.В. Докучаев разрабатывал практику возведения полезащитных лесных полос в степных районах, создающих особый микроклимат и в конечном итоге повышающих урожайность прилегающих полей. В настоящее время ландшафтная экология становится значимой областью прикладных исследований. Ее развитие связывается не только с экономическими задачами, но и с оздоровительными, поскольку доказано благотворное влияние разнообразия ландшафта на психику человека.

В современной науке и практике есть и положительный опыт борьбы с загрязнением вод. Основные источники загрязнения пресных водоемов – сельское хозяйство, промышленность и бытовые стоки. С полей в водоемы попадают остатки минеральных и органических удобрений и пестициды, используемые для борьбы с вредителями или сорняками. Борьба с последним типом загрязнений трудна, так как требует повышения общей культуры земледелия и обязательного соблюдения законов оптимума с точными расчетами. Промышленные же и бытовые стоки могут быть собраны и отправлены на очистку. Технологии очистки вод разработаны, достаточно эффективны и просты. Наряду с физическими и химическими методами в них используются биотехнологии с применением разлагающих органику микроорганизмов и мелких животных-фильтраторов. Разработаны биотехнологии борьбы с нефтяными пленками на поверхности вод, технологии с применением замкнутых циклов водоснабжения в промышленности и др. Главное же внимание должно быть направлено на предотвращение загрязнения водоемов и на то, чтобы не подрывать, а наоборот, всячески стимулировать активность организмов-фильтраторов, т.е. поддерживать естественный механизм самоочищения вод. В мировой практике есть примеры масштабных успехов очищения водоемов. Так, крупнейшая река Западной Европы – Рейн была превращена промышленными стоками восьми государств, по территории которых она протекает, в зловонный канал, в котором было запрещено купаться. Международными усилиями в 1960–1970 гг. начал осуществляться разработанный комплекс мер по строгому контролю за очисткой сбрасываемых вод, ужесточены санкции за нарушения. Примерно за два десятилетия река восстановилась настолько, что в нее вернулась рыба, а в 1995 г. – даже лососи, особо требовательные к чистоте воды. В США и Канаде в конце 1980-х гг. удалось восстановить рыбный промысел в Великих Озерах, сильно загрязненных нефтью, ртутью, фенольными соединениями. В России разработаны федеральные программы борьбы с загрязнением Байкала и Волги, которые пока еще реализуются не очень эффективно.

В мире наблюдается неуклонное снижение почвенного плодородия, деградация пахотных и других сельскохозяйственных земель. В целом за счет водной и ветровой эрозии потеряно около 1/3 плодородного слоя. Почвы – трудно восстановимый природный ресурс. На формирование 10 мм почвенного слоя в разных климатических условиях требуется от 10 до 400 и более лет. Вместе с тем накоплен огромный опыт рационального использования почв, их окультуривания и повышения продуктивности. Современное почвоведение накопило глубокие знания о закономерностях почвообразовательных процессов и возможностях неистощительного использования почвенных ресурсов. Основные пути – это экологизация сельскохозяйственного производства, уменьшение влияния тяжелой техники, поддержание баланса биогенных веществ, улучшение структуры почвы, грамотная мелиорация, а главное – поддержание биологических процессов и активизация деятельности почвенных организмов. Стерильные почвы полностью теряют плодородие. Имеются примеры масштабного восстановления нарушенных эрозией почв. В США в штате Канзас было восстановлено плодородие почв, верхние слои которых были практически уничтожены пыльными бурями 1930-х гг. На это потребовалось несколько десятков лет. Восстановление почв – длительный, дорогостоящий и наукоемкий процесс.

Антропогенное изменение среды – неизбежный процесс в эволюции человечества и биосферы. Но он приведет к необратимым для человека последствиям в том случае, если общество не сумеет воспользоваться уже имеющимися и накапливаемыми знаниями и претворять их в практику. Современная наука имеет все возможности для сохранения средообразующих функций природы. Однако из-за трудоемкости, затратности и часто отдаленности результатов природоохранных действий, не сопровождающихся сиюминутной отдачей и прибылью, поддержание среды жизни человека на планете сильно осложняется социальными отношениями в обществе и с трудом проникает в политику государств.

Литература

1. Чернова Н.М., Былова А.М. Общая экология. Учебник для педагогических вузов. – М.: Дрофа, 2004.

2. Чернова Н.М., Галушин В.М., Константинов В.М. Основы экологии 10 (11) класс. – М.: Дрофа, 2003, 2005.

3. Заварзин Г.А. Лекции по природоведческой микробиологии. – М.: Наука, 2004.

4. Добровольский Г.В. (отв. ред.). Структурно-функциональная роль почв и почвенной биоты в биосфере. – М.: Наука, 2003.

Вопросы и задания для самостоятельной работы

1. В чем проявляется средообразующая роль бактерий в биосфере?
2. Как участвуют в образовании среды жизни растения суши и океана?
3. Какие группы организмов участвуют в образовании почв и в чем заключается их роль?
4. Какими способами меняют среду вокруг себя животные?
5. Каковы масштабы и формы антропогенного изменения среды?
6. В чем опасность влияния человека на среду жизни других организмов в биосфере?

 

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru