Благодаря ярусности растения максимально используют световой поток (например, светолюбивые растения произрастают в верхних ярусах, теневыносливые и тенелюбивые растения – в нижних).
Кроме ярусного строения, в пространственной структуре биоценоза отмечается мозаичность – изменение флоры и фауны по горизонтали. Площадная мозаичность зависит от изменений почвенных и ландшафтных условий, количественного соотношения видов, видового разнообразия.
41. Экологическая ниша. Принцип Гаузе
Экологическая ниша – местообитание вида в природе, которое включает его функциональную роль в биотическом сообществе, положение в пространстве и отношение к абиотическим условиям существования.
Экологическая ниша представляет собой не только физическое пространство, но и место вида в сообществе, определяемое его экологическими функциями.
Термин "экологическая ниша" был предложен в 1910 г . Дж. Джонсоном. Понятие "ниша вида" ввел О. Гриннелл в 1917 г.: "ниша вида, характеризуется комплексом условий (абиотическими факторами, пищей, укрытием и др.), которые имеются в месте обитания, где только и возможно обитание данного вида".
В природе два вида не могут сосуществовать, если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
В 1957 г. Г. Е. Хатчинсон предложил модель экологической ниши в виде части многомерного пространства.
В природных экосистемах вид не всегда использует все пространство ниши, поэтому выделяются следующие типы экологических ниш (по Г. Е. Хатчинсону ):
1) фундаментальная (или потенциальная) – гиперобъем, определяемый физиологическими и аутэкологическими особенностями вида и соответствующий условиям, в которых вид может нормально жить и размножаться;
2) реализованная – экологическая ниша, соответствующая условиям, в которых вид существует в природе.
В реальных условиях реализованная экологическая ниша не равна фундаментальной экологической нише.
Большинство организмов не обитает в потенциальной нише, а в результате взаимодействия с другими видами занимает меньшую нишу (основные взаимодействия между видами конкуренция и хищничество). По Ю. Одуму ( 1986 г.), "конкуренция – отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же. Межвидовая конкуренция – любое взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании". Таким образом, конкуренция – борьба видов за экологические ниши.
Не существует двух различных видов, занимающих одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды, часто настолько сходные, что им требуется по существу одна и та же ниша (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.). В данном случае при частичном перекрывании ниш появляется жесткая конкуренция, в результате которой один вид, более приспособленный к существующим условиям, вытесняет другой. Экологическое разобщение близкородственных или сходных видов – принцип конкурентного исключения, доказанный экспериментально Г. Ф. Гаузе в 1934 г. (принцип Гаузе).
Уменьшение ресурсов (пространства, пищи и др.) приводит либо к взаимному приспособлению двух видов, либо к замещению популяции одного вида популяцией другого.
42. Агроэкосистемы и их основные особенности
Основной задачей создаваемых агроэкосистем является рациональное использование биологических ресурсов, вовлекающихся в сферу человеческой деятельности. Это прежде всего источники пищевых продуктов, лекарственных препаратов и технологического сырья, а также культивируемые человеком виды – объекты сельскохозяйственного производства (звероводство, рыбоводство, выращивание лесных культур и виды, используемые в промышленности).
Основные отличия сельскохозяйственных систем от природных экосистем (В. И. Коровкин, 2003 г.):
1) в них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля;
2) виды растений и животных, культивируемых человеком, эволюционируют за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека;
3) агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной;
4) чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком;
5) экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерские сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека. Таким образом, под влиянием человека происходит изменение состава, структуры и состояния естественных процессов и функций природных систем.
Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на местный влагооборот проявляется изменением величин испарения и поверхностного стока.
К нарушению биологического круговорота привели антропогенные изменения биоценозов, замена естественных сообществ искусственными. Так, в результате изъятия фитомассы с сельскохозяйственных территорий из биогеохимического оборота удаляется значительное количество азота, фосфора, кальция и других химических элементов. Это приводит к истощению почвы, которое нельзя восполнить только внесением удобрений, так как 50 % их смывается с полей. Геохимический круговорот изменяется еще и тем, что в него вовлекаются новые соединения, не образующиеся в природе (например, пестициды).
43. Пестициды и их классификация
Пестициды (от лат. pestis - "разрушение, зараза", cido - "убивать") – общее название ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве для защиты растений и животных. Данная группа представлена различными химическими соединениями, которые способны уничтожать, прекращать развитие живых организмов – бактерий, вирусов, грибов, насекомых, грызунов и др. Однако пестициды губительно влияют не только на вредные, но и на полезные организмы, поэтому разрабатываются и создаются новые вещества избирательного действия. Пестициды подразделяются на группы в зависимости от объекта воздействия:
1) инсектициды используются для уничтожения насекомых;
2) гербициды – для уничтожения сорных растений;
3) фунгициды – для борьбы с грибковыми заболеваниями растений;
4) зооциды – для уничтожения различных грызунов;
5) лимациды – для борьбы с моллюсками.
К пестицидам также относятся средства для удаления листьев – дефолианты, для высушивания листьев на корню – десиканты, для удаления лишних цветков и завязей – дефлоранты, средства для привлечения и уничтожения насекомых – аттрактинты, для отпугивания насекомых и грызунов – репелленты.
Наиболее широко применяются хлорорганические, фосфорорганические и ртутьорганические пестициды.
Хлорорганические пестициды – ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, кельтан и другие. В 1970–1980 гг. применение ДДТ было запрещено, так как это химическое соединение очень трудно разрушается (выдерживает нагревание до 120 °C в течение 15 и почти не разрушается при кулинарной обработке) и обладает высокими кумулятивными свойствами, постепенно накапливается в почве, воде и пищевых продуктах.
Данные вещества способны накапливаться в тканях и жире животных, вызывать острые и хронические отравления с поражением печени, центральной нервной системы и других органов и систем.
Фосфорорганические (карбофос, фталофос, фасфамид и др.) наиболее широко применяются в сельском хозяйстве, так как, в отличие от хлорорганических пестицидов, практически не накапливаются в окружающей среде (разрушаются в течение месяца под действием солнечных лучей и воды). Данные соединения используются против вредителей зерновых и плодовых культур. В основе механизма их токсического действия лежит угнетение жизненно важных ферментов.
Ртутьорганические соединения (например, меркуран, фализан и др.) применяются для обработки посевного материала, а также для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых заболеваний и вредителей. Эти препараты обладают кумуляцией и стойкостью.
При острых отравлениях данными соединениями наблюдаются расстройства сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и др.
44. Экологические последствия применения пестицидов
Возрастающее применение и производство пестицидов сопровождается их накоплением в первую очередь в почве. Степень накопления соединений в почве зависит от многих факторов (особенностей почвы, свойств яда и др.).
В детоксикации пестицидов участвуют окислительные, гидролитические и фотохимические процессы. В разложении пестицидов главная роль принадлежит почвенным микроорганизмам (например, актиномицеты и некоторые почвенные грибы и бактерии в качестве источника углерода используют гербицид – далапон). Но некоторые хлорорганические соединения достаточно стойки и сохраняются в почве без изменений в течение нескольких лет, в результате этого пестициды попадают сначала в растительные, а затем в животные организмы, включая человека.
Из почвы пестициды попадают в водоемы и реки путем смывания дождевыми и талыми водами с обработанных лесов и полей. Также водоемы загрязняются сточными водами предприятий, производящих пестициды, при внесении препаратов для уничтожения водорослей, моллюсков и др.
Распределение пестицидов в толще воды зависит от формы применения и физико-химических свойств препаратов. На скорость детоксикации пестицидов в воде влияет pH и температура воды, уровень общего загрязнения. В настоящее время пестициды находят практически во всех водоемах и реках Земли.
Воды загрязненных рек несут пестициды в моря и океаны.
Стойкие пестициды нарушают водные экосистемы. Некоторые водные животные могут накапливать пестициды в организме (например, креветки, моллюски, лососи, дельфины и др.). По результатам исследований содержание ДДТ в организмах морских рыб, например тунца и хека больше, чем в организмах речных.
Из мест интенсивной химизации сельского хозяйства пестициды поступают в атмосферу. В атмосферном воздухе населенных пунктов находили ДДТ, линдрин, карбофос и др.
Данные соединения адсорбируются твердыми частицами и разносятся на значительные расстояния воздушными потоками (в 1966 г. ДДТ был обнаружен в Антарктиде), в результате происходит вторичное загрязнение почвы, продовольственных посевов, водоемов и пастбищ.
Научные исследования свидетельствуют, что, помимо почвы, воды и атмосферы, пестицидами загрязнены продукты питания. Хлорорганические пестициды находят в продуктах растительного и животного происхождения, фосфорорганические – в основном в растительных организмах. Так, обнаружена зависимость концентрации ДДТ в молоке коров от содержания его в кормах. Пестициды обладают высокой биологической активностью и способны отрицательно влиять на организм человека. Поступая различными путями в организм человека, они могут вызывать отравления (острые и хронические).
45. Минеральные удобрения. применение и их влияние на экологию
Минеральные удобрения – неорганические соединения, в основном соли, содержащие необходимые для растений элементы питания. Выделяют азотные (аммиачные, аммонийные, нитратные, аммонийно-нитратные и амидные), фосфорные (водорастворимые – суперфосфаты, нерастворимые – шлаки, труднорастворимые – фосфоритная мука), калийные (сильвинит и др.), комплексные (нитрофоска и др.), известковые (жженая и гашеная известь и др.) и бактерийные (азотбактерин, фосфоробактерин и др.) удобрения.
По влиянию на реакцию почвенного раствора минеральные удобрения делятся на физиологически кислые, щелочные и нейтральные.
В результате роста объема производства и применения минеральных удобрений окружающая среда загрязняется фосфором, азотом и калием. Длительное использование физиологически кислых соединений (азотных) приводит к повышению кислотности почвы и нежелательному накоплению анионных (фтора, хлора) и катионных остатков. Только 50 % вносимых минеральных удобрений усваиваются растениями, а остальная часть со стоком попадает в реки и озера, создавая неблагоприятные условия для водных организмов. Вода с повышенным содержанием нитратов представляет опасность для здоровья животных и человека. Внесение минеральных удобрений в больших количествах может привести к накоплению нитратов в растениях, а содержание нитратов в растениях более 0,5 % вызывает отравления у животных. Для организма человека нитраты безопасны, но под действием некоторых видов кишечных бактерий они могут переходить в нитриты, обладающие токсичностью. Нитриты способны соединяться с гемоглобином крови и переводить его в метгемоглобин, препятствующий переносу кислорода по кровеносной системе.
Загрязнение окружающей среды фосфорными удобрениями невелико. Повышенное поступление фосфора в водоемы может вызвать обеднение его флоры и фауны.
При длительном применении фосфорных удобрений в большом количестве в почве накапливаются содержащиеся в них в небольших дозах тяжелые металлы (уран и др.). Помимо урана, в состав фосфорных удобрений входят фтор, торий, стронций и редкоземельные металлы. Поэтому применение фосфорных удобрений должно контролироваться.
Внесение повышенных доз калийных удобрений в почву приводит к нарушению массового соотношения калия и натрия к массе кальция и магния в пастбищных кормах и заболеванию скота.
Для профилактики негативного воздействия минеральных удобрений на организм человека и животных и предохранения природной среды от загрязнения необходимо строго соблюдать определенные правила (производства, транспортировки, хранения и применения).
46. Проблемы рационального использования сельскохозяйственных земель России
Россия – одно из самых больших по площади государств мира, общая площадь которого составляет 1710 млн га. Сельскохозяйственные угодья занимают 221,1 млн га, из которых только 125,3 млн га являются пашнями. Это обусловлено тем, что более половины территории страны находится в районах с ограниченными запасами тепла.
На каждого россиянина приходится около 0,8 га пашни, но данная величина с каждым годом уменьшается в результате отвода сельскохозяйственных земель для нужд транспорта, промышленности, строительства и др.
В настоящее время в нашей стране распаханы почти все земли, удобные для земледелия, однако возможности для расширения пахотных угодий пока еще есть. Освоение новых земель потребует значительных капиталовложений, поэтому необходимо рационально использовать и сохранять уже имеющиеся сельскохозяйственные угодья.
В России на больших площадях пашни интенсивны процессы дефляции и водной эрозии почв. Под действием водной эрозии смывается наиболее плодородный гумусовый горизонт почв, что вызывает снижение урожайности сельскохозяйственных культур. Институт географии Российской академии наук провел детальное эрозионное районирование страны и разработал методы противоэрозионных мероприятий.
Многие поля России нуждаются во внесении минеральных удобрений (химической мелиорации почв). При использовании азотных, калийных и фосфорных удобрений на полях с подзолистыми и дерново-подзолистыми почвами урожайность возрастает в 2,5 раза. В результате внесения азотных и фосфорных удобрений на серых лесных почвах, а также оподзоленных и выщелоченных черноземах урожайность увеличивается почти в 3 раза.
В целях повышения эффективности сельскохозяйственного производства во многих областях страны применяют орошение и осушение. На площадь орошаемых земель приходится около 6 млн га, а площадь осушенных составляет более 5 млн га. Основные орошаемые земли находятся в Ростовской области, Нижнем Поволжье, в Ставропольском и Краснодарском краях.
В осушении нуждаются земли нечерноземной зоны России.
Нечерноземной зоной является крупный сельскохозяйственный район, состоящий из 52 млн га сельскохозяйственных земель. Данная территория всегда отличалась низким уровнем сельскохозяйственного производства, для его подъема необходимы разнообразные виды мелиорации земель (внесение удобрений, известкование, снегозадержание и др.).
Природные условия России имеют зональный характер, поэтому мелиоративные мероприятия зависят от этой географической закономерности. Например, орошение, борьба с эрозией требуются в лесостепной и степной зоне, а осушение – в лесной зоне.
47. Значение лесов в природе и жизни человека. Антропогенные воздействия на растительные сообщества и их последствия
Лес является важной составляющей частью окружающей среды. Как экосистема лес выполняет различные функции и является незаменимым природным ресурсом.
Влияние лесов на окружающую природную среду проявляется в том, что леса:
1) основной поставщик кислорода на Земле;
2) снижают воздействие засухи, сдерживая подвижные пески;
3) влияют на водный режим и регулируют баланс воды;
4) смягчают климат;
5) поглощают часть атмосферных загрязнений;
6) защищают почвы от ветровой и водной эрозии, оползней и др.;
7) положительно влияют на психическое и физическое здоровье человека.
Одно из проявлений глобальных изменений на планете в результате деятельности человека (возникновение и развитие скотоводства и земледелия) – деградация лесов. Выделяют прямые и косвенные антропогенные воздействия . К первой группе относят сплошную вырубку лесов, уничтожение лесов и других растительных сообществ для создания хозяйственной инфраструктуры, лесные пожары и выжигание растительности, туризм. Загрязнение промышленными выбросами, содержащими различные токсиканты (оксиды углерода и азота, тяжелые металлы и др.), негативно влияет на важные