Понятие и элементы окружающей среды. Биоценоз

Размещено на http://www.allbest.ru/

Смоленский государственный медицинский университет

Министерства здравоохранения РФ

Кафедра Фармакологии с курсом фармации ФПК и ППС

Понятие и элементы окружающей среды. Биоценоз

Выполнил:

Приходько И.О.

Смоленск, 2015 год

Введение

Понятие и элементы окружающей среды важны для человеческого общества. Они дают ему возможность понять своё мироздание. В процессе исторического развития живые организмы освоили три среды обитания. Первая - вода. В воде жизнь зародилась и развивалась многие миллионы лет. Вторая - наземно-воздушная - на суше и в атмосфере возникли и бурно адаптировались к новым условиям растения и животные. Постепенно преобразуя верхний слой суши - литосферы, они создали третью среду обитания - почву. Классификация среды человека (по Н.Ф. Реймерсу) помогает человеку правильно вести природопользование и беречь природу.

1. Понятие и элементы окружающей среды

Понятие окружающей среды.

Зависимость человека от окружающей среды осознана цивилизацией в форме экологического знания и соответствующей оценки, ведущих к возможности рационального поведения по отношению к природе. Отсюда не случайно, что предметом социальной экологии является окружающая среда, т.е. специфические связи между человеком и окружающей средой, их взаимодействие. Поэтому встает острая необходимость, прежде всего, определить само понятие окружающей среды.

При определении окружающей среды возникают различные споры и неточности. Часто употребляются, например, такие термины, как “окружающая среда”, “среда людей”, “окружение человека”, “жизненная среда”, “природная среда”, “амбиент”, “окружение” и т.д. Но речь идет не только о том, что употребляются различные термины для обозначения одного и того же явления, одного содержания, но различные термины обозначают различное содержание совокупности условий и состояния, воздействующих на человека как на природно-общественное существо. В первую очередь эти различия относятся к понятиям “окружающая среда” и “окружение человека”. Возникает вопрос: какой термин использовать - “окружающая среда”, “окружение человека”, “среда обитания человека”?

В литературе используется несколько определений среды. Однако чаще всего под ней подразумевается, так или иначе, совокупность условий и факторов, окружающих человека. Так то, с чем человек непосредственно или опосредованно связан, то, от чего зависят его жизнь и его деятельность, и называют, как правило, жизненный средой. Если попытаться рассмотреть понятие “окружающая среда” в широком смысле слова, то это планета Земля, тонкая жизненная оболочка, называемая биосферой, и космическое пространство, окружающее Землю. Окружающая среда, определяемая таким образом, включает в себя весь материальный мир, окружающий человека. Поэтому с таким ее определением, как “естественного окружения человека”, можно согласиться условно. Но так как человек живет не только в природе, но и в обществе, то окружающей средой называется как природная, так и общественная среда.

Все чаще подчеркивается, что окружающая человека среда - это совокупность физических, химических и биологических агентов и социальных факторов, влияющих непосредственно или косвенно, моментально или более продолжительно на все живые существа и деятельность людей. Сюда можно включить, как полагает С.П. Мякинников, совокупность естественного абиогенного (косного), естественного биокосного, собственно-биотического, искусственного абиогенного (техногенного), искусственно биокосного и искусственного биотического (биотехногенного), антропотехногенного и собственно-антропогенного компонентов, взаимосвязанных в единый комплекс со средой, образующей определенную целостность социоприродного содержания. Причем под собственно биотой подразумевается природная, естественно существующая совокупность живых организмов, которая объединена общей областью распространения. Под искусственным абиогенным компонентом среды понимается конгломерат неорганических, антропогенных, техногенных веществ, их соединений, предметов, механизмов.

Под биотехногенным компонентом понимается, во-первых, сумма органических веществ, их соединений, предметов, механизмов, обязанных своим существованием человеку, а во-вторых, социально-сформированная совокупность живых организмов, объединенная общей областью распространения. Антропогенный компонент включает в себя две части: антропотехногенную (это человеческие популяции, которые формируются производственными отношениями, производственные виды человеческой жизнедеятельности, технические средства и результаты производства) и собственно антропогенную (это человеческие популяции вне учета производственных отношений, непроизводственные проявления их жизнедеятельности, ее результаты). Это определение не противоречит общепринятым, а лишь дополняет их. Под него подходят не только природные экосистемы (биосфера), но и структура общества, техносфера и т.д. Не случайно из такого определения вытекает, что среда может идентифицироваться с жизненной средой человека, а термин “среда” скорее обозначает совокупность внешних природных условий, влияющих на жизнь людей.

У термина “окружающая среда” существуют различные толкования. Чаще всего считается, что окружающая (жизненная) среда - это целостная среда, с которой сталкиваются коллективы людей, с которой они взаимодействуют и реагируют на нее, включая в игру все элементы среды. На нее воздействуют физические или физиологические процессы, подталкиваемые людьми, контролируемые или переживаемые ими в условиях своего существования или в самой своей сути. Поэтому в зависимости от уровня технической цивилизации групп людей и от влияния природной среды жизненную среду скорее можно назвать преимущественно произведением людей или части природы. Но в то же время окружающая среда определяется и как материальная среда, в которой человек живет и работает, а основными элементами являются воздух, питьевая вода, пища, предметы широкого потребления, растительный и животный мир, почва, а также объекты, созданные человеком, т.е. физическая среда, окружающая человека в данном пространстве и времени.

Поскольку с развитием человека она принимает в истории различные формы, то окружающая среда также понимается и как часть всеобщей природной среды, формирующейся с появлением человека и его деятельным отношением к природной среде. В целом же, ее основные формы сводятся к трем основным: абиогенная, биогенная, социогенная. Первая, абиогенная форма, включает естественный и искусственный неорганические (природные и антропогенные) компоненты, т.е., с экологической точки зрения, сюда входит то, что не разрушается. Вторая, биогенная форма, включает естественный биокосный, искусственный биокосный, собственно-биотический, искусственно-биотический компоненты, которые связаны с воздействием человека на природу, когда окружающая среда постепенно утрачивает природные свойства, и проявляется это в нарушении природного равновесия (важно также понимать, что определенная биогенная форма может существовать при соответствующей абиогенной).

Третья, социогенная форма, идентична с антропогенным компонентом. Она в настоящее время является главным звеном социоэкосистемы. Это ярко выражается в концентрации населения на Земле (городские населенные пункты, частично и сельские), в культурных и аграрных сферах и в экологических разрушениях, угрожающих любой форме жизни.

Встречается определение окружающей среды и в документах ООН, и в правовых актах отдельных стран. Так, в частности, во введении к Стокгольмской декларации (принятой Уставом ООН об окружающей среде в 1972 г.) говорится: “Человек одновременно есть продукт и творец своей среды, дающей ему физическую опору для сохранения жизни и обеспечивающей интеллектуальное, моральное, социальное и духовное развитие”, и поэтому “для благосостояния человека и соблюдения его прав, включая и право на жизнь, существенное значение имеют оба аспекта среды - природный и созданный человеком”. Человек имеет право не только на свободу и равенство, но и, в свою очередь, на адекватные жизненные условия в среде, качество которой обеспечивает возможность достойной и благополучной жизни. Поэтому каждый человек свято обязан хранить и улучшать эту среду для современных и будущих поколений.

Если выбирать между терминами “человеческое окружение” и “окружающая среда” в целях обозначения совокупности условий и факторов, воздействующих на человека, автор полагает более обоснованным использование термина “окружающая среда” по двум причинам. Во-первых, термин “среда” употребляется для обозначения не только совокупности естественных обстоятельств, в которых возникает и развивается некое существо, но и для обозначения рамок, внутри которых что-то происходит, и в которых, в отличие от природной среды, взаимодействуют люди. Во-вторых, человек - не только природное, но и общественное существо. Он создает условия для своего существования, общество, по поводу которого можно сказать, что оно представляет собой высшую форму развития материи.

Это понятие, таким образом, по существу отражает и самого человека, и его место и положение в обществе, а не означает взаимоотношения людей, содержание и характер самого общества нечто находящегося вне человека, будь то неорганическая природа или ценности, созданные им. Однако будем исходить также и из значения, придаваемого термину “окружение” при определении понятия окружающей среды, поскольку оно включает в себя все виды отношений вокруг чего-то или кого-то. В этом смысле человек на протяжении своей жизни и в трудовой сфере включен в различные естественные и общественные структуры и выполняет различные роли.

Элементы окружающей среды.

Понятие “окружающая среда” исходит из отношения общества и природы. Оно определяется тем, что общество возникает в природе и вместе с ней является динамической системой, части которой находятся в изменчивом отношении по принципу обратной связи. Поэтому естественное и социальное окружение человека, строго говоря, не могут быть отделены друг от друга.

Эти естественная и социальная системы проявляются как две “действительности” окружающей среды. Характеристики естественных систем обладают следующими свойствами: это органические системы (внутри них поддерживается существующее состояние материй, энергии, информации и отношений структур как определенное равновесие); это системы циркуляции (в них есть процессы исчезновения и обновления отдельных частей системы или целых систем, являющихся частями больших систем); в определенной степени это логические системы (имеют внутреннюю детерминистскую природу движения); стабильные и открытые системы (могут ассимилировать негативные последствия, вытекающие из их внутренних отношений между отдельными системами, и они автономно могут восстанавливаться); взаимозаменяемые (компенсаторны и взаимозависимы); иерархически организованные (существуют в горизонтальной организации параллельного сосуществования как ряд механических систем).

Социальные (человеческие) системы отличаются от естественных систем своими свойствами. Среди их свойств можно выделить следующие: они созданы человеком организованно и совместно (в соответствии с определенными потребностями и целями); они состоят из материи (а не из организмов, как естественные системы); это закрытые системы (не принимают посторонние элементы, если для них не предвиделось определенное место в системе); это частичные системы (не могут существовать как самодостаточные и живут за счет окружающих их систем); это функциональные системы (созданы для реализации какой-либо функции). Естественные и социальные системы не существуют независимо друг от друга, а пересекаются, так как человек в качестве представителя социальной системы на протяжении своей истории может поставить под угрозу, созданную им систему, а природа этого не делает, или делает очень редко.

Другими словами, можно сказать, что окружающая среда состоит из двух взаимосвязанных частей: природной и общественной. В широком смысле природный компонент (или часть) включает в себя все пространство, прямо или косвенно доступное человеку, т.е. планету Земля и окружающее космическое пространство (включая и ближние небесные тела). В то же время природный компонент - это часть биосферы, где человек может жить независимо от того, идет ли речь о дикой природе или о природе, которая в большей или меньшей степени - результат творчества людей, если смотреть в более узком смысле. Общество, точнее, социальные процессы и образования, через которые и с помощью которых нередко, когда речь идет об окружающей среде, различают естественную и искусственную среду, составляет общественный компонент (или часть окружающей среды). Природной средой обозначают ту часть среды, которую человек существенно не изменил или вообще не изменял. Искусственной средой обозначают среду, которую человек существенно изменил и все больше изменяет.

Человек на протяжении истории, будучи в большей или меньшей степени подчинен миру природы, создал (и создает) мир, несущий его печать, но и далее он живет за счет неорганической природы. И насколько человек универсальнее животных, настолько универсальнее область неорганической природы, за счет которой живет человек. Человек - часть природы. Поэтому к элементам окружающей среды, с которой связана физическая и духовная жизнь человека, могут быть отнесены атмосфера, гидросфера, литосфера, растения, животные и микроорганизмы.

Атмосфера - воздушная оболочка вокруг Земли, состоящая из смеси газов, твердых и жидких материй. Ее масса приравнивается к 5, 15* 1015т. Главными составными частями атмосферы являются азот (78, 08%), кислород (20, 95%), аргон (0, 93%), диоксид углерода (0, 03%), а остальные элементы находятся в очень малых количествах. По химическому составу вся атмосфера подразделяется на нижнюю (до 100 км) - гомосферу, имеющую состав, сходный с приземным воздухом, и верхнюю - гетеросферу, неоднородного химического состава.

Структура атмосферы подразделяется на несколько сфер: тропосфера (ее нижняя часть, простирающаяся до высоты 16-18 км, в которой сосредоточено более 80% массы всей атмосферы), стратосфера (располагается выше тропосферы до высоты 50-55 км. В ней присутствует пояс озона, отчего температура в последней повышена), мезосфера (верхняя граница этого слоя доходит до высоты 80 км. Ее особенность - резкое понижение температуры), ионосфера (термосфера) (располагается до высоты 800км. Для нее характерно повышение температуры до 1000 °С). Структура атмосферы относительно стабильна, хотя в ней происходят изменения, которые человек до конца еще не познал. С атмосферой человек связан двояко: во-первых, атмосфера содержит кислород, без которого человек не мог бы жить. Во-вторых, атмосфера защищает человека от смертоносных космических лучей и ультрафиолетовой радиации. В высших слоях стратосферы задерживаются вредные ионизированные лучи Солнца, и лишь немногие их них попадают на Землю, они необходимы для растительного мира и фотосинтеза.

Самым важным для биологических процессов в атмосфере является кислород. Однако атмосфера утрачивает свои естественные свойства из-за все большего присутствия в ней субстанций, чужеродных для ее природного состава. В ней становится все больше углекислого газа и меньше кислорода. Эти изменения приобретают угрожающие размеры. Начиная с 1850 г., ежегодно количество углекислого газа увеличивается на 10-12%, а количество кислорода в этот период уменьшилось на 10-12 миллиардов тонн (прежде всего вследствие уничтожения лесов).

Гидросфера - это вся водная оболочка Земли, которая включает Мировой океан, воды суши (реки, озера, ледники), подземные воды, т.е. всю водную массу, существующую на земном шаре и в атмосфере. Воде принадлежит важнейшая роль в истории развития нашей планеты, так как с ней связано зарождение и развитие живого вещества, а, следовательно, и всей биосферы. Она в биосфере выступает в качестве универсального растворителя, ибо взаимодействует со всеми веществами, как правило, не вступая с ними в химические реакции.

Это обеспечивает перенос растворенных веществ, который осуществляется в форме обмена. Не случайно в нее постоянно попадают и из нее исчезают разные твердые, жидкие и газообразные материи, каждая из которых по-своему влияет на равновесное состояние гидросферы. Водная масса постоянно движется, кружится, и это движение называется гидрологическим циклом, представляющим собой совокупность процессов, регулирующих количество воды на Земле в данном пространстве и времени, так как количество постоянно и воспроизводимо. Гидрологический цикл действует как мощный насос, двигающий огромные массы воды, но в процессе движения вода теряет свои качества. Как известно, вода, причем вода определенного качества, представляет собой необходимую часть метаболизма живых существ, условие их жизни. Человек использует лишь незначительную часть всей водной массы. Вода на Земле занимает около 361 млн. кв. км (71%) земной поверхности. Из этого 94% приходится на соленую морскую воду, 1,7% - на воду, из которой состоят полярные ледники на севере и юге Земли, 4% приходится на подземные воды и лишь 0,3% водной массы остается людям для питья и удовлетворения других жизненных и производственных потребностей. Вода - обновляемый ресурс. Однако снабжение питьевой водой ограничено не только ее количеством, но и способом распределения.

Литосфера - почва, на которой живут люди. Это природная среда, часть природы, где человек организовал свое существование в физическо-пространственном смысле. Под почвой в экологии понимают поверхностный слой земной коры, который образуется и развивается в результате взаимодействия растительности, животных, микроорганизмов, горных пород и является самостоятельным природным образованием. Важнейшим свойством почвы является плодородие, т.е. способность обеспечивать рост и развитие растений. Подобное свойство представляет исключительную ценность для жизни человека и живущих на суше организмов.

Литосфера содержит основные запасы неорганической материи, используемые человеком в качестве элементов для своего метаболизма с помощью воды или воздуха, чаще всего посредством живой природы или посредством своей перерабатывающей (производственной) деятельности. В ней имеются необходимые минералы, получаемые живыми существами из воды или растений. Однако в литосфере содержится ограниченное количество минералов, необходимых для метаболизма живых существ. Литосфера по своему составу гомогенна и поэтому в географическом аспекте не в одинаковой мере пригодна для развития растений, обеспечения необходимыми элементами и обмена живых существ. По этому критерию можно выделить определенное количество типов почв, имеющих наибольшее распространение (особенно в России).

Сюда входят: арктические и тундровые почвы, подзолистые почвы, черноземы, каштановые почвы, серо-бурые и сероземы, красноземы и желтоземы, а также гидроморфные почвы. Наибольшее влияние на развитие и рост растений оказал чернозем, который по образному выражению В.И. Вернадского в истории почвоведения сыграл такую же выдающуюся роль, какую имела лягушка в истории физиологии, кальцит в кристаллографии, бензол в органической химии. Такая важная роль чернозема связана, прежде всего, с тем особым значением, которое имеют сельскохозяйственные угодья в качестве основы для производства пищи (их площадь оценивается в четыре миллиарда гектаров). Однако проблема пропитания населения приобретает все более острые формы, поскольку их площадь постоянно сокращается в расчете на душу населения, как из-за роста численности населения, так и в результате индустриализации и урбанизации.

Растения, являясь существенным элементом энергетического процесса, играют важную роль в производстве органической материи. При наличии воды и углекислого газа они превращают солнечную энергию в химическую, необходимую для жизни. Так, например, азот, составной элемент всех протеинов, получается с помощью растений, а не поступает непосредственно из атмосферы. Существенную роль растения играют и в круговороте кислорода, серы, кальция, фосфора и т.д. Однако растения, столь необходимые в обмене веществ, не играют столь же важную роль в обмене энергии. Лишь около 0,1% солнечной энергии, попадающей на Землю, половина которой используется в процессе дыхания, растения превращают в химическую энергию. Потребителями энергии и минерального сырья, содержащегося в растениях, являются животные (в отличие от растений, производящие природную энергию и участвующие в круговороте отдельных элементов). В процессе обмена, с точки зрения движения энергии, т.е. в качестве ее перехода или переноса от растений к животным, питающимся растениями (и от последних - к питающимся мясом), теряется 90% энергии и лишь 10% используется с пользой.

Очень важную функцию в круговороте материи выполняют микроорганизмы - мельчайшие живые организмы (некоторые биологи причисляют их к животным), которые расщепляют органическую материю на ее составные неорганические части и освобождают при этом кислород, азот, фосфор, серу и другие элементы для нового синтеза. Но микроорганизмы не участвуют в обмене органической материи, поступающей естественным путем, т.е. они являются частью нормального физико-химического цикла природы в процессе отмирания и той органической материей, которая является следствием экономической деятельности. Поэтому они, хотя и не могут разложить на составные части всю органическую материю, создаваемую человеком в промышленности, тем не менее, используются как средство расщепления загрязнителей.

В качестве особого понятия для обозначения исследований, связанных с отношениями между живой и неживой природой, а также между живыми видами в конкретном пространстве употребляется термин “экосистема”. Этот термин был предложен английским экологом А. Тенсли в 1935 г. Под ним он понимал совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной взаимосвязи друг с другом. На сегодняшний день это трактование пересмотрено.

Сейчас, экосистема - это основная функциональная единица в экологии, так как охватывает собой и организмы, и живую природу, влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни на Земле. В нее входит комплекс организмов и весь тот комплекс физических факторов, образующих то, что называется биома. Биом, в свою очередь, обозначает крупную региональную или субконтинентальную биосистему, характеризующуюся каким-либо основным типом растительности или другой характерной особенностью ландшафта. На данный момент выделяют три основных типа экосистем: наземные, пресноводные, морские. Внутри себя эти экосистемы наилучшим образом распределяют энергетические потоки, цепи и циклы питания, потому что экосистемы - это организованные системы с характерными цикличными процессами обмена материи, в которых одинаково участвуют все живые существа и их неживое окружение. Экосистема, благодаря взаимоотношениям в ней, возникает, эволюционирует и сохраняется, а ее сущность отражается в многообразных и сложных явлениях, происходящих в ней как целостности. Единство всех экосистем, живой и неживой природы представляет единое целое (гигантскую экосистему), называемое биосферой.

Биосфера - это поверхностная оболочка вокруг Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами. Этот термин в научный оборот ввел австрийский ученый Э. Зюсс в 1875 г., а современное материалистическое учение о биосфере разработал В.И. Вернадский в 1926 г. По мнению Вернадского, она как единство живых организмов и земли представляет собой систему, потребляющую солнечную энергию, преобразующую ее в химическую с помощью фотосинтеза и распределяющую ее таким образом, что обеспечивается функциональная структура биосферы.

Мозаика экосистем, будучи проявлением единства живых организмов как самодостаточных целостностей, из которых каждая включает живую общность и ее мертвое физическое окружение, выступает в качестве условия ее же единства. Каждая экосистема равновесна и взаимозависима, что обусловлено изменением энергии и материи. Фактически биосфера состоит из бесчисленной мозаики различных экосистем. Но отдельные экосистемы не изолированы друг от друга. Они в большей или меньшей степени взаимосвязаны между собой различными типами отношений и интегрированы в сложные комплексы высшего порядка. Характер взаимодействия различных типов экосистем и организмов проявляется уже через особенности распределения организмов в биосфере.

Биоценоз - совокупность растений (фитоценоз), животных (зооценоз) и микроорганизмов (микробиоценоз), населяющих относительно однородное жизненное пространство (биотоп). Он представляет из себя прочно организованное сообщество живых существ в определенном пространстве, характеризующееся экологическими факторами. Любое пространство имеет свой биоценоз и пронизано им, но биоценоз пронизан пространством, так, что существует полное и согласованное единство абиоценоза (по терминологии экологии). На поверхности Земли существует целый ряд различных биоценозов, каждый из них в большей или меньшей степени отличается некоторыми своими характерными особенностями.

Поскольку, как выяснилось, биосфера представляет собой жизненную среду для всех живых существ, в том числе и человека, то в ней заключено единство всех экосистем на Земле. Можно сказать, таким образом, что и сама планета Земля представляет собой гигантскую экосистему, так как в пространстве органической и неорганической природы, биоценоза и биосфере все экосистемы взаимосвязаны и взаимообусловлены. Именно поэтому и планету Земля можно рассматривать как экосистему.

Происходит непрерывное протекание энергии и круговращение материи в биосфере и экосистемах, существующих в ней, что обеспечивает сохранение живой природы (на протяжении миллионов лет). Движение энергии происходит следующим образом: она поступает от Солнца и, связанная зелеными растениями в процессе фотосинтеза, сохраняется в новообразованных органических соединениях (как потенциальная химическая энергия), далее она высвобождается (в первую очередь при дыхании) и превращается в тепловую энергию, которая в процессе излучения безвозвратно теряется в космическом пространстве. Так как Земля - закрытая экологическая система (за исключением энергии), то круговорот материи в биосфере сохраняет живую природу. Земля из космоса не получала значительного количества материи на протяжении своего существования и не будет стихийно получать. Кроме того, только благодаря ее круговороту обеспечиваются условия для жизни, поскольку той материи, которая больше всего необходима для жизни, очень мало. Круговорот материи фактически происходит через цепь питания, вернее, через переплетения цепей питания.

Для человека биосфера также естественная жизненная среда. Это значит, что множество взаимосвязанных и взаимообусловленных экосистем, включая и экосистему человека, составляют естественную жизненную среду. Однако экосистема человека в силу того, что содержит в себе плоды творчества человека как деятельностного существа, отличается от экосистем других живых существ. И хотя некоторое знание может быть использовано при изучении окружающей среды, именно поэтому закономерности экологии, открытые при изучении растений и животных (т.е. экосистем), не могут механически переноситься на экосистему человека,. Но при этом следует иметь в виду особенности экосистемы человека и его окружающей среды, включающей в себя наряду с природным и социальный компонент.

2. Классификация сред обитания

Водная среда обитания - гидросфера.

Вода покрывает 71% площади земного шара и составляет 1/800 часть объема суши или 1370 м3. Основная масса воды сосредоточена в морях и океанах - 94-98%, в полярных льдах содержится около 1,2% воды и совсем малая доля - менее 0,5%, в пресных водах рек, озер и болот. Соотношения эти постоянны, хотя в природе, не переставая, идет круговорот воды. В морях-океанах, как в горах, выражена вертикальная зональность. Особенно сильно различаются по экологии пелагиаль - вся толща воды, и бенталь - дно. Толща воды - пелагиаль, по вертикали делится на несколько зон: эпипелигеаль, батипелигеаль, абиссопелигиаль и ультраабиссопелигиаль.

В зависимости от крутизны спуска и глубины на дне тоже выделяют несколько зон, которым соответствуют указанные зоны пелагиали:

- литоральная - кромка берега, заливаемая во время приливов.

- супралиторальная - часть берега выше верхней приливной черты, куда долетают брызги прибоя.

- сублиторальная - плавное понижение суши до 200 м.

- батиальная - крутое понижение суши (материковый склон),

- абиссальная - плавное понижение дна океанского ложа; глубина обеих зон вместе достигает 3-6 км.

В водной среде обитает около 150000 видов животных и 10000 растений, что составляет соответственно всего 7 и 8 % от общего числа видов Земли. На основании этого был сделан вывод о том, что на суше эволюция шла намного интенсивнее, чем в воде. Экологические группы гидробионтов. Наибольшим разнообразием жизни отличаются теплые моря и океаны (40000 видов животных) в области экватора и тропиках, к северу и югу происходит обеднение флоры и фауны морей в сотни раз. Что касается распределения организмов непосредственно в море, то основная масса их сосредоточена в поверхностных слоях (эпипелагиаль) и в сублиторальной зоне. В зависимости от способа передвижения и пребывания в определенных слоях, морские обитатели подразделяются на три экологические группы: нектон, планктон и бентос.

Нектон (nektos - плавающий) - активно передвигающиеся крупные животные, способные преодолевать большие расстояния и сильные течения: рыбы, кальмары, ластоногие, киты. В пресных водоемах к нектону относятся и земноводные и множество насекомых.

Планктон (planktos - блуждающий, парящий) - совокупность растений (фитопланктон: диатомовые, зеленые и сине-зеленые (только пресные водоемы) водоросли, растительные жгутиконосцы, перидинеи и др.) и мелких животных организмов (зоопланктон: мелкие ракообразные, из более крупных - крылоногие моллюски, медузы, гребневики, некоторые черви), обитающих на разной глубине, но не способных к активным передвижениям и к противостоянию течениям. В состав планктона входят и личинки животных, образуя особую группу - нейстон. Это пассивно плавающее «временное» население самого верхнего слоя воды, представленное разными животными (десятиногие, усоногие и веслоногие ракообразные, иглокожие, полихеты, рыбы, моллюски и др.) в личиночной стадии. Личинки, взрослея, переходят в нижние слои пелагели. Выше нейстона располагается плейстон - это организмы, у которых верхняя часть тела растет над водой, а нижняя - в воде (ряска - Lemma, сифонофоры и др.). Планктон играет важную роль в трофических связях биосферы, т.к. является пищей для многих водных обитателей, в том числе основным кормом для усатых китов (Myatcoceti).

Бентос (benthos - глубина) - гидробионты дна. Представлен в основном прикрепленными или медленно передвигающимися животными (зообентос: фораминефоры, рыбы, губки, кишечнополостные, черви, плеченогие моллюски, асцидии, и др.), более многочисленными на мелководье. На мелководье в бентос входят и растения (фитобентос: диатомовые, зеленые, бурые, красные водоросли, бактерии). На глубине, где нет света, фитобентос отсутствует. У побережий встречаются цветковые растения зостера, рупия. Наиболее богаты фитобентосом каменистые участки дна. В озерах зообентос менее обилен и разнообразен, чем в море. Его образуют простейшие (инфузории, дафнии), пиявки, моллюски, личинки насекомых и др. Фитобентос озер образован свободно плавающими диатомеями, зелеными и сине-зелеными водорослями; бурые и красные водоросли отсутствуют.

Укореняющиеся прибрежные растения в озерах образуют четко выраженные пояса, видовой состав и облик которых согласуются с условиями среды в пограничной зоне «суша-вода». В воде у самого берега растут гидрофиты - полупогруженные в воду растения (стрелолист, белокрыльник, камыши, рогоз, осоки, трищетинник, тростник). Они сменяются гидатофитами - растениями, погруженными в воду, но с плавающими листьями (лотос, ряски, кубышки, чилим, такла) и - далее - полностью погруженными (рдесты, элодея, хара). К гидатофитам относятся и плавающие на поверхности растения (ряска). Высокая плотность водной среды определяет особый состав и характер изменения жизнеобеспечивающих факторов. Одни из них те же, что и на суше - тепло, свет, другие специфические: давление воды (с глубиной увеличивается на 1 атм. на каждые 10 м), содержание кислорода, состав солей, кислотность. Благодаря высокой плотности среды, значения тепла и света с градиентом высоты изменяются гораздо быстрее, чем на суше.

Тепловой режим. Для водной среды характерен меньший приход тепла, т.к. значительная часть его отражается, и не менее значительная часть расходуется на испарение. Согласуясь с динамикой наземных температур, температура воды обладает меньшими колебаниями суточных и сезонных температур. Более того, водоемы существенно выравнивают ход температур в атмосфере прибрежных районов. При отсутствии ледового панциря моря в холодное время года оказывают отепляющее действие на прилегающие территории суши, летом - охлаждающее и увлажняющее.

Диапазон значений температуры воды в Мировом океане составляет 38° (от -2 до +36°С), в пресных водоемах - 26° (от -0,9 до +25°С). С глубиной температура воды резко падает. До 50 м наблюдаются суточные колебания температуры, до 400 - сезонные, глубже она становится постоянной, опускаясь до +1-3°С (в Заполярье близка к 0°С). Поскольку температурный режим в водоемах сравнительно стабилен, их обитателям свойственна стенотермность. Незначительные колебания температуры в ту или иную сторону сопровождается существенными изменениями в водных экосистемах. Примеры: «биологический взрыв» в дельте Волги из-за понижения уровня Каспийского моря - разрастание зарослей лотоса (Nelumba kaspium), в южном Приморье - зарастание белокрыльником стариц рек (Комаровка, Илистая и др.) по берегам которых вырублена и сожжена древесная растительность.

В связи с разной степенью прогревания верхних и нижних слоев в течение года, приливами и отливами, течениями, штормами происходит постоянное перемешивание водных слоев. Роль перемешивания воды для водных обитателей (гидробионтов) исключительно велика, т.к. при этом выравнивается распределение кислорода и питательных веществ внутри водоемов, обеспечивая обменные процессы между организмами и средой.

Световой режим. Интенсивность света в воде сильно ослаблена из-за его отражения поверхностью и поглощения самой водой. Это сильно сказывается на развитии фотосинтезирующих растений. Чем меньше прозрачность воды, тем сильнее поглощается свет. Прозрачность воды лимитируется минеральными взвесями, планктоном. Уменьшается она при бурном развитии мелких организмов летом, а в умеренных и северных широтах - еще и зимой, после установления ледового покрова и укрытия его сверху снегом.

В океанах, где вода очень прозрачна, на глубину 140 м проникает 1% световой радиации, а в небольших озерах на глубине 2 м проникает всего лишь десятые доли процента. Лучи разных частей спектра поглощаются в воде неодинаково, вначале поглощаются красные лучи. С глубиной становится все темнее, и цвет воды становится вначале зеленым, затем голубым, синим и в конце - сине-фиолетовым, переходя в полный мрак. Соответственно меняют цвет и гидробионты, адаптирующиеся не только к составу света, но и к его недостатку - хроматическая адаптация. В светлых зонах, на мелководьях, преобладают зеленые водоросли (Chlorophyta), хлорофилл которых поглощают красные лучи, c глубиной они сменяются бурыми (Phaephyta) и далее красными (Rhodophyta). На больших глубинах фитобентос отсутствует.

К недостатку света растения приспособились развитием хроматофоров крупных размеров, обеспечивающих низкую точку компенсации фотосинтеза, а также увеличением площади ассимилирующих органов (индекса листовой поверхности). Для глубоководных водорослей типичны сильно рассеченные листья, пластинки листьев тонкие, просвечивающиеся. Для полупогруженных и плавающих растений характерна гетерофиллия - листья над водой такие же, как у наземных растений, имеют цельную пластинку, развит устьичный аппарат, а в воде листья очень тонкие, состоят из узких нитевидных долей.

Гетерофиллия: кубышки, кувшинки, стрелолист, чилим (водяной орех).

Животные, как и растения, закономерно меняют свою окраску с глубиной. В верхних слоях они ярко окрашены в разные цвета, в сумеречной зоне (морской окунь, кораллы, ракообразные) окрашены в цвета с красным оттенком - удобнее скрываться от врагов. Глубоководные виды лишены пигментов. Характерными свойствами водной среды, отличными от суши, являются высокая плотность, подвижность, кислотность, способность растворения газов и солей. Для всех этих условий у гидробионтов исторически выработаны соответствующие приспособления-адаптации.

Каковы приспособления гидробионтов к высокой плотности воды?

Воде свойственна высокая плотность (1 г/см3, что в 800 раз больше плотности воздуха) и вязкость.

1) У растений очень слабо развиты или вовсе отсутствуют механические ткани - им опора сама вода. Большинству свойственна плавучесть, за счет воздухоносных межклеточных полостей. Характерно активное вегетативное размножение, развитие гидрохории - вынос цветоносов над водой и распространение пыльцы, семян и спор поверхностными течениями.

2) У живущих в толще воды и активно плавающих животных тело имеет обтекаемую форму и смазано слизью, уменьшающей трение при передвижении. Развиты приспособления для повышения плавучести: скопления жира в тканях, плавательные пузыри у рыб, воздухоносные полости у сифонофор. У пассивно плавающих животных увеличивается удельная поверхность тела за счет выростов, шипов, придатков; тело уплощается, происходит редукция скелетных органов. Разные способы передвижения: изгибание тела, с помощью жгутиков, ресничек, реактивный способ передвижения (головомоллюски).

У придонных животных исчезает или слабо развит скелет, увеличиваются размеры тела, обычна редукция зрения, развитие осязательных органов.

Каковы приспособления гидробионтов к подвижности воды?

Характерная черта водной среды - подвижность. Она обусловлена приливами и отливами, морскими течениями, штормами, разными уровнями высотных отметок русел рек.

1) В проточных водоемах растения прочно прикрепляются к неподвижным подводным предметам. Донная поверхность для них в первую очередь - субстрат. Это зеленые (Cladophora) и диатомовые (Diatomeae) водоросли, водяные мхи. Мхи даже образуют плотный покров на быстрых перекатах рек. В прибойно-отливной полосе морей и многие животные имеют приспособления для прикрепления ко дну (брюхоногие моллюски, усоногие раки), или же прячутся в расщелинах.

2) У рыб проточных вод тело в поперечнике круглое, а у рыб, обитающих у дна, как и у придонных беспозвоночных животных, тело плоское. У многих на брюшной стороне есть органы фиксации к подводным предметам.

Каковы приспособления гидробионтов к солености воды?

Природным водоемам свойствен определенный химический состав. Преобладают карбонаты, сульфаты, хлориды. В пресных водоемах концентрация солей не более 0,5 г/, в морях - от 12 до 35 г/л (промилле - десятые доли процента). При солености более 40 промилле водоем называют гипергалинным или пересоленным.

1) В пресной воде (гипотоническая среда) хорошо выражены процессы осморегуляции. Гидробионты вынуждены постоянно удалять проникающую в них воду, они гомойосмотичны (инфузории каждые 2-3 минуты «прокачивают» через себя количество воды, равное ее весу). В соленой воде (изотоническая среда) концентрация солей в телах и тканях гидробионтов одинакова (изотонична) с концентрацией солей, растворенных в воде - они пойкилоосмотичны. Поэтому у обитателей соленых водоемов осморегуляторные функции не развиты, и они не смогли заселить пресные водоемы.

2) Водные растения способны поглощать воду и питательные вещества из воды - «бульона», всей поверхностью, поэтому у них сильно расчленены листья и слабо развиты проводящие ткани и корни. Корни служат в основном для прикрепления к подводному субстрату. У большинства растений пресных водоемов есть корни.

Типично морские и типично пресноводные виды - стеногалинные, не переносят значительных изменений в солености воды. Эвригалинных видов немного. Они обычны в солоноватых водах (пресноводный судак, щука, лещ, кефаль, приморские лососи).

Каково отношение гидробионтов к составу газов в воде?

В воде кислород важнейший экологический фактор. Источник его - атмосфера и фотосинтезирующие растения. При перемешивании воды, особенно в проточных водоемах и при уменьшении температуры содержание кислорода возрастает. Некоторые рыбы очень чувствительны к дефициту кислорода (форель, гольян, хариус) и потому предпочитают холодные горные реки и ручьи. Другие рыбы (карась, сазан, плотва) неприхотливы к содержанию кислорода и могут жить на дне глубоких водоемов. Многие водяные насекомые, личинки комаров, легочные моллюски тоже толерантны к содержанию кислорода в воде, потому-то они время от времени поднимаются к поверхности и заглатывают свежий воздух.

Углекислого газа в воде достаточно - почти в 700 раз больше, чем в воздухе. Он используется в фотосинтезе растений и идет на формирование известковых скелетных образований животных (раковины моллюсков, покровы ракообразных, каркасы радиолярий и др.).

Каково отношение гидробионтов к кислотности?

В пресноводных водоемах кислотность воды, или концентрация водородных ионов, варьирует гораздо сильнее, чем в морских - от pH=3,7-4,7 (кислые) до pH=7,8 (щелочные). Кислотностью воды определяется во многом видовой состав растений гидробионтов. В кислых водах болот растут сфагновые мхи и живут в обилии раковинные корненожки, но нет моллюсков-беззубок (Unio), редко встречаются другие моллюски. В щелочной среде развиваются многие виды рдестов, элодея. Большинство пресноводных рыб живут в диапазоне pH от 5 до 9 и массово гибнут за пределами этих значений.

Кислотность морской воды убывает с глубиной.

Об экологической пластичности гидробионтов. Пресноводные растения и животные экологически более пластичны (эвритермны, эвригаленны), чем морские, обитатели прибрежных зон более пластичны (эвритермны), чем глубоководные. Есть виды, обладающие узкой экологической пластичностью по отношению к одному фактору (лотос - стенотермный вид, рачок артемия (Artimia solina) - стеногаленный) и широкой - по отношению к другим. Более пластичны организмы в отношении тех факторов, которые более изменчивы. И именно они распространены более широко (элодея, корненожки Cyphoderia ampulla). Зависит пластичность и от возраста и фазы развития.

Наземно-воздушная среда обитания.

В ходе эволюции эта среда была освоена позже, чем водная. Ее особенность заключается в том, что она газообразная, поэтому характеризуется низкими влажностью, плотностью и давлением, высоким содержанием кислорода. В ходе эволюции у живых организмов выработались необходимые анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие и другие адаптации. Животные в наземно-воздушной среде передвигаются по почве или по воздуху (птицы, насекомые), а растения укореняются в почве. В связи с этим, у животных появились легкие и трахеи, а у растений - устьичный аппарат, т.е. органы, которыми сухопутные обитатели планеты усваивают кислород прямо из воздуха. Сильное развитие получили скелетные органы, обеспечивающие автономность передвижения по суше и поддерживающие тела со всеми его органами в условиях незначительной плотности среды, в тысячи раз меньшей по сравнению с водой. Экологические факторы в наземно-воздушной среде отличаются от других сред обитания высокой интенсивностью света, значительными колебаниями температуры и влажности воздуха, корреляцией всех факторов с географическим положением, сменой сезонов года и времени суток. Воздействия их на организмы неразрывно связано с движением воздуха и положения относительно морей и океанов и сильно отличаются от воздействия в водной среде.

У животных и растений суши выработались свои, не менее оригинальные адаптации на неблагоприятные факторы среды: сложное строение тела и его покровов, периодичность и ритмика жизненных циклов, механизмы терморегуляции и пр. Выработалась целенаправленная подвижность животных в поисках пищи, появились переносимые ветром споры, семена и пыльца растений, а также растения и животные, жизнь которых всецело связана с воздушной средой. Сформировалась исключительно тесная функциональная, ресурсная и механическая взаимосвязь с почвой. Многие из адаптаций были рассмотрены нами выше, в качестве примеров при характеристике абиотических факторов среды. Поэтому сейчас повторяться нет смысла, т.б., что к ним мы вернемся еще на практических занятиях

Почва как среда обитания.

Земля - единственная из планет имеет почву (эдасфера, педосфера)- особенную, верхнюю оболочку суши. Эта оболочка сформировалась в исторически обозримое время - она ровесница сухопутной жизни на планете. Впервые на вопрос о происхождении почвы ответил М.В. Ломоносов ("О слоях земли"): "…почва произошла от согнития животных и растительных тел … долготою времени…". А великий русский ученый Вас. Вас. Докучаев (1899: 16) впервые назвал почву самостоятельным природным телом и доказал, что почва есть "…такое же самостоятельное естественноисторическое тело, как любое растение, любое животное, любой минерал … оно есть результат, функция совокупной, взаимной деятельности климата данной местности, ее растительных и животных организмов, рельефа и возраста страны…, наконец, подпочвы, т.е. грунтовых материнских горных пород. … Все эти агенты-почвообразователи, в сущности, совершенно равнозначные величины и принимают равноправное участие в образовании нормальной почвы…".

И уже современный известный ученый почвовед Н.А. Качинский ("Почва, ее свойства и жизнь", 1975) дает следующее определение почвы: "Под почвой надо понимать все поверхностные слои горных пород, переработанные и измененные совместным воздействием климата (свет, тепло, воздух, вода), растительных и животных организмов".Основными структурными элементами почвы являются: минеральная основа, органическое вещество, воздух и вода.

Минеральная основа (скелет) (50-60% всей почвы) - это неорганическое вещество, образовавшееся в результате подстилающей горной (материнской, почвообразующей) породы в результате ее выветривания. Размеры скелетных частиц: от валунов и камней до мельчайших песчинок и илистых частиц. Физико-химические свойства почв обусловлены в основном составом почвообразующих пород.

От соотношения в почве глины и песка, размеров фрагментов, зависят проницаемость и пористость почвы, обеспечивающие циркуляцию, как воды, так и воздуха. В умеренном климате идеально, если почва образована равными количествами глины и песка, т.е. представляет суглинок. В этом случае почвам не грозит ни переувлажнение, не пересыхание. И то и другое одинаково губительно как для растений, так для и животных.

Органическое вещество - до 10% почвы, образуется из отмершей биомассы (растительная масса - опад листьев, ветвей и корней, валежные стволы, ветошь травы, организмы погибших животных), измельченной и переработанной в почвенный гумус микроорганизмами и определенными группами животных и растений. Более простые элементы, образовавшиеся в результате разложения органики, вновь усваиваются растениями и вовлекаются в биологический круговорот.

Воздух (15-25%) в почве содержится в полостях - порах, между органическими и минеральными частицами. При отсутствии (тяжелые глинистые почвы) или заполнении пор водой (во время подтоплений, таяния мерзлоты) в почве ухудшается аэрация, и складываются анаэробные условия. В таких условиях тормозятся физиологические процессы организмов, потребляющих кислород - аэробов, разложение органики идет медленно. Постепенно накапливаясь, они образуют торф. Большие запасы торфа характерны для болот, заболоченных лесов, тундровых сообществ. Торфонакопление особенно выражено в северных регионах, где холодность и переувлажнение почв взаимообусловливают и дополняют друг друга. Вода (25-30%) в почве представлена 4 типами: гравитационной, гигроскопической (связанной), капиллярной и парообразной.

Гравитационная - подвижная вода, занимают широкие промежутки между частицами почвы, просачивается вниз под собственной тяжестью до уровня грунтовых вод. Легко усваивается растениями.

Гигроскопическая, или связанная - адсорбируется вокруг коллоидных частиц (глина, кварц) почвы и удерживается в виде тонкой пленки за счет водородных связей. Освобождается от них при высокой температуре (102-105°С). Растениям она недоступна, не испаряется. В глинистых почвах такой воды до 15%, в песчаных - 5%.

Капиллярная - удерживается вокруг почвенных частиц силой поверхностного натяжения. По узким порам и каналам - капиллярам, поднимается от уровня грунтовых вод или расходится от полостей с гравитационной водой. Лучше удерживается глинистыми почвами, легко испаряется. Растения легко поглощают ее.

Парообразная - занимает все свободные от воды поры. Испаряется в первую очередь. Осуществляется постоянный обмен поверхностных почвенных и грунтовых вод, как звено общего круговорот воды в природе, меняющий скорость и направление в зависимости от сезона года и погодных условий.

Строение почвенного профиля.

Строение почв неоднородно как по горизонтали, так и по вертикали. Горизонтальная неоднородность почв отражает неоднородность размещения почвообразующих пород, положения в рельефе, особенности климата и согласуется с распределением по территории растительного покрова. Для каждой такой неоднородности (типа почв) характерна своя вертикальная неоднородность, или почвенный профиль, формирующийся в результате вертикальной миграции воды, органических и минеральных веществ. Этот профиль представляет собой совокупность слоев, или горизонтов. Все процессы почвообразования протекают в профиле с обязательным учетом его расчленения на горизонты. Независимо от типа почвы в ее профиле выделяют три основных горизонта, различающиеся по морфологическим и химическим свойствам между собой и между аналогичными горизонтами в других почвах:

1. Перегнойно-аккумулятивный горизонт А. В нем накапливается и преобразуется органическое вещество. После преобразования часть элементов из этого горизонта выносится с водой в нижележащие.

Этот горизонт наиболее сложный и важный из всего почвенного профиля по своей биологической роли. Он состоит из лесной подстилки - А0, образованной наземным опадом (отмершая органика слабой степени разложенности на поверхности почвы). По составу и мощности подстилки можно судить об экологических функциях растительного сообщества, его происхождении, стадии развития. Ниже подстилки располагается темноокрашенный гумусовый горизонт - А1, образованный измельченными, разной степени разложения остатками растительной массы и массы животных. В деструкции остатков участвуют позвоночные животные (фитофаги, сапрофаги, копрофаги, хищники, некрофаги). По мере измельчения органические частицы поступают в следующий нижний горизонт - элювиальный (А2). В нем происходит химическое разложение гумуса на простые элементы.