Биотические отношения и роль видов в экосистеме

Размещено на http://www.allbest.ru/

Биотические отношения и роль видов в экосистеме

1. Общие определения

Биота - любая пространственная совокупность всех живых организмов безотносительно к их видовому составу или категории сообщества (например Биота океана ,биота экосистемы, биота биосферы)

Биотческая регуляция окружающей среды- способность естественной среды регулировать и стабилизировать динамические характеристики окружающей среды на оптимальном для своего существования уровне.

Экосфера- планетарное пространство в котором происходят в котором происходят современные глобальные экологические процессы , взаимодействия между современной биосферой и техносферой ,их сумма.

Ареалы- распространения и численность организмов каждого вида ограничиваются не только условиями внешней неживой среды, но и их отношениями с организмами других видов. Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду, а факторы этой среды называются биотическими. Представители каждого вида способны существовать в таком окружении, где связи с другими организмами обеспечивают им нормальные условия жизни.

Конкуренция -является в природе наиболее всеохватывающим типом отношений, при котором две популяции или две особи в борьбе за необходимые для жизни условия воздействуют друг на друга отрицательно.

Конкуренция может быть внутривидовой и межвидовой.

Внутривидовая борьба происходит между особями одного и того же вида, межвидовая конкуренция имеет место между особями разных видов. Конкурентное взаимодействие может касаться жизненного пространства, пищи или биогенных элементов, света, места укрытия и многих других жизненно важных факторов.

Преимущества в конкурентной борьбе достигаются видами различными способами. При одинаковом доступе к ресурсу общего пользования один вид может иметь преимущество перед другим за счет более интенсивного размножения, потребления большего количества пищи или солнечной энергии, способности лучше защитить себя, адаптироваться к более широкому диапазону температур, освещенности или концентрации определенных вредных веществ.

Межвидовая конкуренция, независимо оттого, что лежит в ее основе, может привести либо к установлению равновесия между двумя видами, либо к замене популяции одного вида популяцией другого, либо к тому, что один вид вытеснит другой в иное место или же заставит его перейти на использование иных ресурсов.

1. Биотические -- связи между живыми организмами в экосистеме. Основной вид биотических связей -- пищевые связи (цепи питания).

1. Звенья пищевой цепи:

-- производители -- растения и некоторые бактерии, создающие органические вещества из неорганических;

-- потребители -- животные, некоторые растения и бактерии, питающиеся готовыми органическими веществами;

-- разрушители -- грибы и некоторые бактерии, разрушающие органические вещества до неорганических.

2. Межвидовые отношения -- биотические связи между особями разных видов (хищничество, конкуренция, паразитизм, симбиоз).

а. Хищничество -- прямые пищевые связи между организмами, при которых одни организмы уничтожаются другими организмами. Примеры: поедание лисицей зайцев, синицей -- гусениц.

б. Конкуренция -- тип взаимоотношений, возникающий между видами со сходными экологическими потребностями из-за пищи, территории и др. Пример: конкуренция между лосями и зубрами, обитающими в одном лесу, из-за пищи. Отрицательное влияние конкуренции на оба конкурирующих вида (например, уменьшение численности лосей и зубров вследствие недостатка корма).

в. Паразитизм -- форма межвидовых отношений, при которых одни организмы существуют за счет других, питаясь их кровью, тканями или переваренной пищей. Многократное использование паразитом организма хозяина. Примеры паразитизма: гриб-трутовик и дерево, собака и клещ, паразитические черви и человек.

г. Симбиоз -- тип межвидовых отношений, при котором оба организма получают взаимную пользу. Примеры симбиоза: рак-отшельник и актиния, клубеньковые растения и бактерии, шляпочные грибы и деревья, лишайники (симбиоз гриба и водоросли).

2. Роль биотических связей в экосистеме

Взаимосвязь организмов -- производителей, потребителей и разрушителей в экосистеме -- основа круговорота веществ и превращений энергии.

Цепи питания -- пути передачи веществ и энергии. Пример: растения --»- растительноядное животное (заяц) --»- хищник (волк).

Звенья круговорота веществ: поглощение производителями из окружающей среды неорганических веществ и создание ими органических веществ с использованием энергии солнечного света; потребление органических веществ и заключенной в них энергии организмами-потребителями (растительноядными животными, хищниками, паразитами); разрушение органических веществ до минеральных с освобождением заключенной в них энергии организмами-разрушителями (бактериями, грибами).

Принцип исключения или принцип Гаузе - два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида не могут сосуществовать в одном месте и рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Популяции некоторых видов живых организмов избегают или снижают конкуренцию переселением в другой регион с приемлемыми для себя условиями либо переходом на более труднодоступную или трудноусваиваемую пищу, либо сменой времени или места добычи корма. Так, например, ястребы питаются днем, совы - ночью; львы охотятся на более крупных животных, а леопарды - на более мелких; для тропических лесов характерна сложившаяся стратификация животных и птиц по ярусам.

Из принципа Гаузе следует, что каждый вид в природе занимает определенное своеобразное место. Оно определяется положением вида в пространстве, выполняемыми им функциями в сообществе и его отношением к абиотическим условиям существования. Место, занимаемое видом или организмом в экосистеме, называется экологической нишей. Образно говоря, если местообитание - это как бы адрес организмов данного вида, то экологическая ниша - это профессия, роль организма в месте его обитания.

Вид занимает свою экологическую нишу, чтобы выполнять отвоеванную им у других видов функцию только ему присущим способом, осваивая, таким образом, среду обитания и в то же время формируя ее.

Природа очень экономна: даже два вида, занимающих одну и ту же экологическую нишу, не могут устойчиво существовать. В конкурентной борьбе один вид вытеснит другой.

3. Реакция популяций на постепенное изменение условий окружающей среды

Популяция - совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией.

Экологическая ниша как функциональное место вида в системе жизни не может долго пустовать - об этом говорит правило обязательного заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда бывает естественно заполнена. Экологическая ниша как функциональное место вида в экосистеме позволяет форме, способной выработать новые приспособления, заполнить эту нишу, однако иногда это требует значительного времени. Нередко кажущиеся специалисту пустующие экологические ниши - лишь обман. Поэтому человек должен быть предельно осторожен с выводами о возможности заполнения этих ниш путем акклиматизации (интродукции).

Акклиматизация - это комплекс мероприятий по вселению вида в новые места обитания, проводимый в целях обогащения естественных или искусственных сообществ полезными для человека организмами. Расцвет акклиматизаторства пришелся на двадцатые - сороковые годы двадцатого столетия. Однако по прошествии времени стало очевидно, что-либо опыты акклиматизации видов были безуспешны, либо, что хуже, принесли весьма негативные плоды - виды стали вредителями или распространяли опасные заболевания. Например, с акклиматизированной в европейской части дальневосточной пчелой были занесены клещи, явившиеся возбудителями заболевания варроатоза, погубившего большое число пчелосемей. Иначе и не могло быть: помещенные в чужую экосистему с фактически занятой экологической нишей новые виды вытесняли тех, кто уже выполнял аналогичную работу. Новые виды не соответствовали нуждам экосистемы, иногда не имели врагов и поэтому могли бурно размножаться.

Классическим примером тому является интродукция кроликов в Австралию. В 1859 году в Австралию из Англии для спортивной охоты завезли кроликов. Природные условия оказались для них благоприятными, а местные хищники - динго - не опасными, так как бегали недостаточно быстро. В результате кролики расплодились настолько, что на обширных территориях уничтожили растительность пастбищ. В некоторых случаях введение в экосистему естественного врага заносного вредителя приносило успех в борьбе с последним, но здесь не все так просто, как кажется на первый взгляд. Завезенный враг совершенно необязательно сосредоточится на истреблении своей привычной добычи. Например, лисы, интродуцированные в Австралию для уничтожения кроликов, нашли в изобилии более легкую добычу - местных сумчатых, не доставляя запланированной жертве особых хлопот.

Конкурентные отношения отчетливо наблюдаются не только на межвидовом, но и на внутривидовом (популяционном) уровне. При росте популяции, когда численность ее особей приближается к насыщению, вступают в действие внутренние физиологические механизмы регуляции:

возрастает смертность, снижается плодовитость, возникают стрессовые ситуации, драки. Изучением этих вопросов занимается популяционная экология.

Конкурентные отношения являются одним из важнейших механизмов формирования видового состава сообществ, пространственного распределения видов популяций и регуляции их численности.

Поскольку в структуре экосистемы преобладают пищевые взаимодействия, наиболее характерной формой взаимодействия видов в трофических цепях является хищничество, при котором особь одного вида, называемая хищником, питается организмами (или частями организмов) другого вида, называемого жертвой, причем хищник живет отдельно от жертвы. В таких случаях говорят, что два вида вовлечены в отношения хищник - жертва.

Виды-жертвы выработали целый ряд защитных механизмов, чтобы не стать легкой добычей для хищника: умение быстро бегать или летать, выделение химических веществ с запахом, отпугивающим хищника или даже отравляющим его, обладание толстой кожей или панцирем, защитной окраской или способностью изменять цвет.

У хищников тоже есть несколько способов добычи жертвы. Плотоядные, в отличие от травоядных, обычно вынуждены преследовать и догонять свою жертву (сравните, например, растительноядных слонов, бегемотов, коров с плотоядными гепардами, пантерами и т.п.). Одни хищники вынуждены быстро бегать, другие достигают своей цели, охотясь стаями, третьи отлавливают преимущественно больных, раненых и неполноценных особей. Другой путь обеспечения себя животной пищей - это путь, по которому пошел человек, - изобретение орудий лова и одомашнивание животных.

Еще один тип взаимодействия видов - паразитизм. Паразиты питаются за счет другого организма, называемого хозяином, однако в отличие от хищников они живут на хозяине или внутри его организма на протяжении значительной части их жизненного цикла. Паразит использует для своей жизнедеятельности питательные вещества хозяина, тем самым постоянно ослабляя, а нередко убивая его.

Отметим, что когда два вида связаны отношениями паразитизма или хищничества, разрушительный эффект оказывается в общем небольшим в случае, когда популяции развивались вместе в стабильной в течение длительного времени среде. Однако действие окажется совершенно разрушительным, приводящим к полному исчезновению хозяина или жертвы, если два вида стали контактировать недавно или резко изменилась среда обитания. Например, распахивая и возделывая новые территории, а также сознательно или бессознательно перевозя организмы на большие расстояния, человек оказался главной причиной исчезновения многих видов.

От паразитизма отличается аменсализм, при котором один вид причиняет вред другому, не извлекая при этом для себя никакой пользы. Чаще всего это те случаи, когда причиняемый вред заключается в изменении среды. Так поступает человек, разрушая и загрязняя окружающую среду.

Симбиоз - это длительное, неразделимое и взаимовыгодное отношение двух или более видов организмов. Например, жвачные животные - коровы, олени - переваривают клетчатку с помощью бактерий. Стоит только удалить этих симбионтов, и животные погибнут от голода.

Другим вариантом положительных отношений между двумя видами является комменсализм. Извлекая из хозяина значительную пользу (пища, убежище), виды-комменсалы не приносят ему никакой выгоды или заметного вреда. Например, многочисленные виды насекомых встречаются исключительно в муравейниках, норах грызунов, гнездах птиц, используя их как местообитание с более благоприятным микроклиматом.

Нейтрализм - это такой тип отношений, при котором ни одна из популяций не оказывает на другую никакого влияния: никак не сказывается на росте его популяций, находящихся в равновесии, и на их плотности. В действительности бывает, однако, довольно трудно при помощи наблюдений и экспериментов в природных условиях убедиться, что два вида абсолютно независимы один от другого.

Обобщая рассмотрение форм биотических отношений, можно сделать следующие выводы:

1) отношения между живыми организмами являются одним из основных регуляторов численности и пространственного распределения организмов в природе;

2) негативные взаимодействия между организмами проявляются на начальных стадиях развития сообщества или в нарушенных природных условиях; в недавно сформировавшихся или новых ассоциациях вероятность возникновения сильных отрицательных взаимодействий больше, чем в старых ассоциациях;

3) в процессе эволюции и развития экосистем обнаруживается тенденция к уменьшению роли отрицательных взаимодействий за счет положительных, повышающих выживание взаимодействующих видов.

Иногда животных, например, многих насекомых, поедающих растения, а также паразитов, хищников рассматривают в качестве естественных врагов тех организмов, за счет которых они существуют. Такой подход в принципе неверен. Паразиты и хищники, зоофаги и фитофаги являются факторами среды по отношению к своим хозяевам, жертвам и т.п. Следовательно, с общеэкологических позиций все они необходимы друг другу. В естественных условиях ни один вид не стремится и не может привести к уничтожению другого. Более того, исчезновение какого-либо естественного "врага" из экологической системы может привести к вымиранию того вида, на котором развивается этот "враг".

В природе происходит, процесс саморегуляции экосистемы проявляется в том, что все разнообразие ее населения существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенного уровня. Например, в лесу листьями древесных растений питаются несколько сотен видов насекомых, но в оптимальных условиях каждый вид представлен незначительным количеством особей, поэтому их общая деятельность не наносит существенного вреда лесным деревьям. Однако насекомые отличаются большой плодовитостью, и если бы отсутствовали ограничивающие факторы (неблагоприятные погодные условия, уничтожение хищными и паразитическими насекомыми, птицами, болезнетворными микроорганизмами и т. п.), то численность любого вида насекомых возросла бы очень быстро и привела бы к разрушению экосистемы. Следовательно, взаимоотношения типа хищник-жертва, паразит - хозяин взаимно сглаживают всплеск численности и стабилизируют экосистему.

Экосистему можно вывести из состояния равновесия многими способами. Обычно это бывает пожар, наводнение или засуха. После такого нарушения равновесия новая экосистема сама себя восстанавливает, и этот процесс носит регулярный характер и повторяется в самых разных ситуациях. На месте нарушения определенные виды и вся экосистема развиваются таким образом, что порядок появления этих видов одинаков для схожих нарушений и схожих ареалах. В этой последовательной смене одних видов другими и заключается суть экологической сукцессии.

Все эти обстоятельства человек должен учитывать при проведении мероприятий по управлению экологическими системами и отдельными популяциями с целью использования их в своих интересах, а также предвидеть косвенные последствия, которые могут при этом иметь место.



4. Экологическая устойчивость экосистем, экологическое равновесие, экологический кризис

биотический экосистема популяция внутривидовой

Понятие «устойчивость экологическая» подразумевает способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних факторов. Нередко «устойчивость экологическая» рассматривается как синоним экологической стабильности. Устойчивость экосистем не может быть сохранена и .обеспечена, если будет нарушен закон внутреннего динамического равновесия. Под угрозой будет не только качество природной среды, но и существование всего комплекса природных компонентов в необозримом будущем. Закон внутреннего динамического равновесия действует как регулятор нагрузок на окружающую среду при условии, что не нарушены «баланс компонентный» и «баланс крупных территорий». Именно эти «балансы» являются нормами рационального природопользования, это они должны лежать в основе разработки мероприятий по охране окружающей среды в строительстве и реставрации. Суть этого закона состоит в том, что природная система обладает внутренней энергией, веществом, информацией и динамическим качеством, связанными между собой настолько, что любое изменение одного из этих показателей вызывает в других или в том же, но в другом месте или в другое время, сопутствующие функционально-количественные перемены, сохраняющие сумму вещественно-энергетических, информационных и динамических показателей всей природной системы. Это и обеспечивает системе такие свойства как сохранение равновесия, замыкание цикла в системе и ее «самовосстановление», «самоочищение».

Естественное равновесие -- одно из самых характерных свойств живых систем. Оно может не нарушаться при антропогенном влиянии и переходить в равновесие экологическое. «Равновесие экологическое» -- это баланс естественных или измененных человеком средообразующих компонентов и природных процессов, приводящий к длительному (условно-бесконечному) существованию данной экосистемы. Различают компонентное экологическое равновесие, основанное на балансе экологических компонентов внутри одной экосистемы, и ее территори-альное экологическое равновесие. Последнее возникает при некотором соотношении интенсивно (агроценозы, урбокомплексы и пр.) или экстенсивно (выпасы, естественные леса и пр.) эксплуатируемых и неэксплуатируемых (заповедники) участков, обеспечивающем отсутствие сдвигов в экологическом балансе крупных территорий в целом. Обычно этот тип равновесия учитывается при расчете «экологической емкости территории».

Ориентировочные нормы для сохранения территориального экологического равновесия в природных (ландшафтных) зонах РФ показаны на рис. 1.6.

Рис. 1.6. Оптимальное соотношение интенсивно эксплуатируемых (заштрихованные секторы) и экстенсивно используемых охраняемых территорий, обеспечивающее экологическое равновесие (в % по ландшафтным зонам)

Из рис. 1.6. видно, что экологические нормы природопользования не могут быть едиными для разных природных систем и разных физико-географических условий. В зависимости от типа экосистемы, характер ее использования должен отличаться от соотношения (35/65), принятого для природной зоны 3 -- смешанного леса. Например, для экосистемы тундры (зона 1 -- арктические пустыни, тундра и лесотундра) это соотношение будет другим -- 98/2, то есть здесь возможно использование только 2% территории без ущерба для этой экосистемы.

Отклонение от указанных норм характеризует степень негативного влияния антропогенного фактора на естественное равновесие. Это соотношение является основным требованием для устойчивого развития системы и, следовательно, устойчивого строительства.

Соблюдение норм оптимального соотношения территорий, которые приведены на рис. 1.6., в первую очередь необходимо учитывать при строительстве в городах, так как именно там имеет место нерациональное развитие системы (территории), что и приводит к ее деградации. Показанные на схеме нормы используют также для установления оптимальных размеров природных особо охраняемых территорий (ландшафтов), обеспечивающих устойчивое сохранение естественного экологического равновесия

Естественное равновесие может необратимо нарушаться при антропогенном влиянии и переходить в природно-антропогенное равновесие. Это вторичное экологическое равновесие, образующееся на основе баланса измененных человеческой деятельностью средообразующих компонентов и природных процессов. Это равновесие может быть различных уровней -- от потенциального восстановления в ходе сукцессии узловых сообществ (равновесие экологическое целесообразное) до устойчивого опустынивания территории. Например, при чрезвычайной ситуации в биосфере -- извержении вулкана -- схема снятия климаксной фазы сукцессии будет происходить по следующим стадиям:

1) устойчивое развитие (пионерная, сукцессионная и климаксная фазы);

2) нарушение устойчивого развития (сукцессия прерывается на промежуточной стадии, климаксные фазы под угрозой);

3) экологический кризис (пионерные виды занимают всё экологическое пространство);

4) стабилизация среды (пионерные виды дают начало новым формам);

5) устойчивое развитие (новые формы заполняют экологические ниши). Наглядно эти стадии развития экосистем и переходов представлены на рис. 1.

Вариант третьей стадии, представленный на рис. 1.7, может быть идентифицирован и для городских систем. Подобные ситуации стали характерны для урбанизированных территорий, где природные системы заменены на природно-техногенные. Из-за несоблюдения норм природопользования на таких территориях возникает кризисная ситуация, приводящая к гибели деревьев, заболачиванию водоемов и т.п. Такие ситуации называют критическими из-за приобретения системой свойства «подверженности катастрофам».



Одним из важнейших показателей динамики экосистем является устойчивость. Определение устойчивости экосистемы - это способность экосистемы возвращаться в исходное состояние после снятия внешнего воздействия, выведшего ее из равновесия. Также следует различать два вида устойчивости: резидентная устойчивость (стабильность) - способность оставаться в устойчивом (равновесном) состоянии под нагрузкой, и упругая устойчивость (собственно устойчивость) - способность быстро восстанавливаться при снятии нагрузки. В разных терминах имеются различные смысловые оттенки, которые нужно учитывать.

Расширяя сферу своей деятельности человек начал создавать взамен естественной природной среды -- биосферы, искусственную среду обитания -- техносферу, ставшую основным источником опасности для всего сущего на Земле. Происходящие в ней аварии и катастрофы приводят не только к людским жертвам, но и к уничтожению окружающей среды, ее глобальной деградации, что, в свою очередь, может вызвать необратимые генетические изменения у людей. Таким образом, между человеком, взращенным природой, и ею самой появилось и в последнее время стало быстро углубляться серьезное противоречие. Его следует рассматривать как одно из основных противоречий современности.

Любая сфера практической деятельности человека требует знаний законов природы. Энергетики, проектирующие гидроэлектростанции, столкнулись с проблемами сохранения нерестилищ и рыбных запасов, нарушением естественных водотоков, изменением климата в районах водохранилищ, исключением из хозяйственного пользования огромных площадей плодородных земель.

Осушение болот ради расширения площади сельскохозяйственных угодий во многих случаях привело к обратному эффекту -- снижению уровня грунтовых вод, гибели пастбищ, лесов, превращению огромных площадей в районы, покрытые песком и торфяной пылью. Предприятия, особенно химические, металлургические, энергетические, своими выбросами в атмосферу, сбросами в реки и водоемы, твердыми отходами уничтожают растительность, животный мир, вызывают заболевания у людей. Стремление получать более высокие урожаи обусловило использование минеральных удобрений, пестицидов. Однако их чрезмерное применение приводит к высокой концентрации вредных веществ в сельскохозяйственной продукции, что отрицательно сказывается на здоровье людей.

Статья 42 Конституции гласит: «Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушением», а статья 58 -- «Каждый обязан сохранять природу и окружающую среду, бережно относиться к природным богатствам». В 1993 году в Российской Федерации принят Закон РФ «Об охране окружающей природной среды», призванный способствовать формированию и укреплению экологического правопорядка и обеспечению

Экологическая система (экосистема) нашей планеты или ее отдельного региона -- это совокупность совместно обитающих разных видов организмов и условий их существования, находящихся в закономерной связи друг с другом. Любая экосистема, ее отдельный элемент или популяция могут существовать только в определенном диапазоне температур, давления и состава воздушной среды. Экосистема и ее отдельные элементы обладают определенной устойчивостью к отрицательным воздействиям на них, способностью самовосстановления после такого воздействия. Устойчивость экосистемы зависит от масштаба и скорости отрицательного воздействия. Например, постепенный сброс небольшого количества загрязнителя в водоем может не нарушить экосистему водоема, так как очистка воды будет происходить за счет естественных биологических и химических процессов.

Однако в настоящее время в связи с быстрым ростом населения Земли и объемов производства масштабы и скорость воздействия на экосистемы стали слишком велики.

Это привело к гибели некоторых из них, нарушению естественных взаимосвязей и экологического равновесия. Нарушение равновесия в экосистеме, вызывающее необратимые изменения в ней и постепенное ее разрушение (гибель), называется экологическим кризисом или чрезвычайной экологической ситуацией.

Чрезвычайная экологическая ситуация в результате необдуманных! действий людей сложилась в районе Аральского моря. Воду рек Амударьи и Сырдарьи, питающих Аральское море, стали чрезмерно использовать для орошения засушливых районов Средней Азии. В итоге нарушился естественный водный баланс моря, оно стало мелеть, площадь его сильно уменьшилась, вода отступила на десятки километров. Вместо дышащей свежестью поверхности моря, десятков рыболовецких предприятий, сотен больших и малых судов, бороздящих море, растущих населенных пунктов люди из-за своих необдуманных действий получили песчаные и солевые бури, болезни, ржавеющие на дне отступившего моря останки судов, умирающие города и поселки. В этой ситуации можно говорить о кризисе или даже о гибели экосистемы Аральского моря. Некогда благодатный район, дававший большое количество рыбы, возможность жить и трудиться десяткам тысяч людей, превратился в район экологического бедствия.

Чрезвычайная экологическая ситуация может сложиться не только в результате длительного отрицательного воздействия на окружающую среду, но и в результате быстрого, сравнительно быстрого и интенсивного воздействия. В этом случае говорят об экологической катастрофе.

Экологическая катастрофа -- это сравнительно быстро происходящая цепь событий, приводящих к трудно обратимым или необратимым процессам в окружающей природной среде (сильное опустынивание или загрязнение, заражение), делающих невозможным ведение хозяйства любого типа, определяющих опасность тяжелых заболеваний или даже смерти людей.

Экологическая катастрофа может быть природной, возникающей под действием природных явлений (например, извержения вулкана, в результате которого земля покрывается толстым слоем пепла, выбрасываются вредные вещества), и техногенной, связанной с авариями на промышленных объектах.

В ночь на 31 января 1999 г. в Румынии на территории предприятия, добывающего золото в Карпатах, произошла серьезная авария. Прорвало плотину водохранилища, где скапливались технологические отходы. Почти 100 тыс. м3 воды с высоким содержанием ядовитых цианинов, применяемых в золотодобыче, оказались сначала в реке Самош, которая впадает в Тису.

Огромная ядовитая масса, уничтожая на своем пути все живое в реке и окрестностях, достигла реки Тисы и попала на территорию соседней Венгрии. Произошла в своем роде экологическая «агрессия» со стороны соседнего государства.

Результаты ее драматичны. Только за два дня в Тисе, на венгерской территории, по предварительным данным, погибло до 80% рыбных запасов! Надо иметь в виду, что эта река играет большую роль в снабжении рыбой населения прилегающих к ней районов. Из Тисы зараженное пятно попало в Дунай. По оценкам специалистов, на восстановление экологического баланса рек потребуется как минимум десять лет. Звучат такие оценки происшедшего, как «второй Чернобыль», а последствия аварии сравнивают со взрывом нейтронной бомбы.

В России, которая входит в число крупнейших мировых производителей золота, накоплены огромные запасы цианидов -- сотни миллионов кубометров. Хранилища между тем ветшают. Что с ними делать -- никто не знает. Реальная угроза нависла над Амуром, Селенгой, Ангарой, Енисеем, Обью и десятками других рек, в бассейнах которых располагаются золотодобывающие предприятия.

Цианиды - неорганические химические соединения, сильнейшие яды, вызывающие удушье, сердечно-сосудистую недостаточность вплоть до летального исхода. Это стойкие химические соединения, которые могут веками сохраняться в окружающей среде, вступать в реакции с другими веществами.

Цианиды входят в перечень вредных веществ, сброс которых в водные объекты запрещен.

За последние 25-30 лет транспорт и промышленность взяли из атмосферы больше кислорода, чем его потреблено человечеством за всю историю своего существования.

За те же годы в атмосферу были выброшены из заводских труб миллиарды тонн углекислого и угарного газа, золы и других вредных отходов.

Экологическая безопасность -- это обеспечение гарантии предотвращения экологически значимых катастроф и аварий, это комплекс действий, обеспечивающих экологическое равновесие во всех регионах Земли. Об экологической безопасности можно говорить применительно к отдельному району, городу, региону, государству и планете в целом.

Крупные экологические проблемы имеют межгосударственный характер, так как у природы нет границ. Обеспечение экологической безопасности в одном регионе или государстве имеет важное значение для любого другого региона и государства. А значит, достижение экологической безопасности -- это международная задача, и здесь необходимо международное сотрудничество.

Понятие о предельно допустимых концентрациях загрязняющих веществ (ПДК). Краткая характеристика экологической обстановки в России

Для предотвращения последствий воздействия загрязняющих веществ на отдельные компоненты природной среды обязательно знание их предельно допустимых уровней, при которых еще возможно нормальное функционирование организма.

Основной величиной экологического нормирования содержания вредных химических соединений в компонентах природной среды является предельно допустимая концентрация (ПДК).

ПДК -- это такое содержание вредного вещества в окружающей среде, которое практически не влияет на здоровье человека при постоянном контакте или при воздействии за определенный промежуток времени и не вызывает неблагоприятных последствий у его потомства.

Главные источники химического загрязнения окружающей среды в России -- это промышленные предприятия, автомобильный транспорт, тепловые и атомные электростанции.

В городах весомый вклад в загрязнение среды вносят плохо утилизируемые отходы, а в сельской местности --пестициды и минеральные удобрения, стоки животноводческих комплексов» В крупных городах доля загрязнения атмосферного воздуха транспортом доходит до 70% . В целом на каждого жителя России в год приходится до 300 кг загрязняющих веществ.

По промышленным выбросам твердых веществ лидируют такие «металлургические» города, как Магнитогорск» Нижний Тагил, Челябинск, а также города Асбест, Троицк, Суворов; по диоксиду серы -- Норильск, Мончегорск, Никель, Орск и Омск; по диоксиду азота -- Москва, Санкт-Петербург, Сургут, Асбест, Омск; по оксиду углерода -- Новокузнецк, Магнитогорск, Липецк, Череповец, Нижний Тагил. Выбросы автотранспорта наиболее велики в Москве -- 801 тыс. тонн в год, Санкт-Петербурге -- 244, Краснодаре -- 150, Омске -- 148, Уфе -- 119, Волгограде -- 116, Нижнем Новгороде -- 114, Самаре -- 112, Воронеже -- 108 тыс. тонн в год.

В связи с добычей железной руды и угля содержание свинца и ртути в воздухе Магнитогорска (Челябинская область) в 14 раз превышает ПДК. Данные вещества отрицательно воздействуют на органы дыхания, способствуя развитию злокачественных опухолей, особенно у детей.

В Челябинской области титула «Зона экологического бедствия» официально удостоен пока только город Карабаш. Виной тому Карабашский медеплавильный комбинат, работающий с 1904 г. по технологии демидовских времен. В результате первичной обработки золото и серебро на комбинате освобождаются от примесей -- ртути, свинца, серы. «Освобожденные» же примеси попадают в атмосферу, и их избыток вредно воздействует на органы кровообращения, способствует аллергии и ишемической болезни сердца.

10 самых чистых регионов России: Республика Алтай, Республика Ингушетия, Республика Калмыкия, Республика Дагестан, Карачаево-Черкесская Республика, Пензенская область. Камчатская область. Республика Марий Эл, Тамбовская область. Псковская область.

20 самых грязных регионов России: Красноярский край, Свердловская область, Челябинская область, Кемеровская область, Иркутская область, Приморский край, Ленинградская область, Пермская область, Вологодская область, Омская область, Мурманская область, Ростовская область, Липецкая область, Московская область, Краснодарский край, Оренбургская область, Тульская область, Рязанская область, Республика Башкортостан, Хабаровский край.

Больше всего страдают регионы, в которых размещены предприятия нефте- и газопереработки, металлургической, машиностроительной и химической промышленности.

Большой урон экосистемам на территории России нанесен ядерными испытаниями. На полигонах Новой Земли произведено 118 поверхностных и подземных ядерных взрывов. Их последствия еще не до конца выяснены. В результате чернобыльской аварии заражены радиоактивными веществами отдельные районы Брянской, Тульской, Орловской и Рязанской областей. Нельзя не упомянуть о том, что в результате аварии на Чернобыльской АЭС Республика Беларусь объявлена зоной национального экологического бедствия.

Загрязнение почвы и воды также становится все более серьезной проблемой в России. Их возрастающее загрязнение токсичными химическими веществами, например тяжелыми металлами и диоксинами, а также нитратами и пестицидами оказывает прямое влияние на качество продуктов питания, питьевой воды, а как следствие, на здоровье и продолжительность жизни человека. Основные источники загрязнения почв в России -- утечка химических веществ, оседание на почву присутствующих в воздухе загрязнителей, чрезмерное использование химикатов в сельском хозяйстве, а также неправильное складирование, хранение и захоронение жидких и твердых отходов.

К регионам с наибольшим загрязнение почвы относятся регионы Северного Кавказа, Приморского края и Центрально-Черноземных областей; к регионам со средним загрязнением -- почвы Курганской и Омской областей, Среднего Поволжья; к территориям с небольшим загрязнением -- почвы Верхнего Поволжья, Западной Сибири, Иркутской и Московской областей.

Сегодня практически все водные бассейны России подвержены антропогенному загрязнению. В воде большинства рек и озер есть превышение ПДК хотя бы по одному загрязняющему элементу.

По данным Санэпиднадзора России, более 30% потребляемой в стране питьевой воды не соответствует ГОСТу.

К основным физическим факторам окружающей среды, оказывающим негативное воздействие на здоровье человека, относятся шум, вибрация, электромагнитные излучения.

5. Виды устойчивости экосистем

Важным фактором устойчивости экосистемы является генетическое разнообразие особей популяций. Изменение условий внешней среды может вызвать гибель большинства особей популяции, адаптированных к прежним условиям существования. Поэтому, чем более генетически разнородной является та или иная популяция экосистемы, тем больший шанс у нее иметь организмы с аллелями, ответственными за появление признаков и свойств, позволяющих выжить и размножаться в новых условиях и восстановить прежнюю численность популяции. Время, необходимое для восстановления популяции, будет зависеть от скорости размножения особей, так как изменение признаков происходит только путем отбора в каждом поколении.

Изучая сукцессию в экосистемах, экологи выделили три механизма ее действия:

1. Содействие - появившиеся в новой экосистеме пионерные виды облегчают другим видам последующее заселение. Например, после отступления ледника первыми появляются лишайники и некоторые растения с поверхностными корнями - то есть виды, способные выжить на бесплодной, бедной питательными веществами почве. По мере отмирания этих растений происходит нарастание слоя почвы, что дает возможность укорениться поздним сукцессионным видам. Аналогично ранние деревья дают тень и убежище для ростков поздних сукцессионных деревьев.

2. Сдерживание - когда, в некоторых случаях, пионерные виды создают условия, усложняющие или вообще делающие невозможным появление поздних сукцессионных растений.

3. Сосуществование - когда пионерные виды могут вообще не оказывать на последующие растения никакого воздействия - ни полезного, ни вредного. [2]

Например, восстановительная сукцессия темнохвойного леса в южной тайге может идти следующим образом. Сначала быстро меняется ряд луго-кустарниковых фаз с образованием березового или осинового леса. Затем может произойти либо замещение этого леса сосной, либо прямое вытеснение елью (в горной южной Сибири пихтово-кедровым лесом). Сосняк может составить узловое сообщество, и процесс смены пород резко затормозится, но в других случаях сосну относительно быстро вытеснят ель или пихтово-кедровый лес. Вековая сукцессия идёт по типу заболачивание - разболачивание или остепенение - расстепенение (по климатическим характеристикам, а не по доминирующему характеру растительности). Возможен и вариант образования вечной мерзлоты, и тогда темнохвойный лес в Сибири и на Дальнем Востоке будет медленно вытеснен лиственничным. В речных долинах Дальнего Востока может образоваться параклимакс из чозении. В таком случае процессы развития аналогично весьма замедленны. Из выше сказанного вытекает очевидный факт, что при хозяйственных мероприятиях учёт скорости естественных процессов будет обязателен.[2]

6. Устойчивость лесных экосистем в урбанизированных районах

Городские экосистемы отличаются от всех видов внегородских (даже от т.н. «устойчивого хуторского ландшафта») не только предельной нарушенностью почвы и растительности, сильной обеднённостью фауны; в конце концов, даже климаксный бореальный или широколиственный лес есть мозаика пятен, представляющих собой нарушения на разных стадиях зарастания. Главное отличие в том, что в городе наблюдаются такие системные диспропорции, которые никогда не фиксируются в однотипных природных сообществах (с аналогичными почвенными условиями и растительностью).

Первая - это техногенная аридизация климата. Городские экосистемы - это не просто «острова» лесных, кустарниковых или травянистых биотопах, разделённые зданиями, сооружениями и коммуникациями. Город отличается тем, что растительные сообщества лесной зоны существуют в условиях, соответствующих положению на 200-300 км южнее, то есть зоне сухих степей и полупустынь.

Техногенное подщелачивание почв снижает подвижность различных химических элементов и, следовательно, уменьшает их токсичность выступая механизмом устойчивости городской экосистемы.

Процесс техногенной трансформации природного комплекса не ограничивается «расшатыванием

8. Устойчивость экосистем в России

Максимум устойчивости приходится на лесостепь Европейской России, Предуралье и среднюю тайгу Сибири, к северу и к югу устойчивость систем снижается.

Европейская лесостепь - сочетание дубрав и луговых степей - безусловно, в пределах России оптимальная зона жизни. Что касается Сибири, то отступление здесь максимальной устойчивости к северу, безусловно, связано с общей экологической молодостью здешней лесостепи. Напомним, что если в европейской лесостепи основной лесообразующей породой является дуб - порода климакса - завершающей стадии экологической сукцессии, то в Сибири его сменяет береза - пионерная порода, первая селящаяся на нелесных участках.

Действительно в наше время проблема устойчивости экосистем встала наиболее остро. Это связано с быстрой потерей коренных экосистем, с увеличением техногенной нагрузки на них в целом.

8. Программа развития биотехнологий до 2020г.

Учитывая низкий уровень инновационной активности в России и недостаточность имеющегося научного задела, приоритетом является генерация знаний и стимулирование инновационной деятельности по внедрению в практику уже созданных биотехнологий в сфере защиты леса и создания лесных плантаций, а также модернизация действующих предприятий по производству биопродукции, с использованием уже освоенных в мире биотехнологий.

В России в силу общего отставания от мирового уровня инновационных технологий эти биотехнологические методы находятся на стадии научных разработок и первых прецедентов внедрения в практику. Они применяются, например, при проведении селекционной работы, обновлении данных по лесосеменному районированию. Методом клонального микроразмножения производится посадочный материал некоторых особо ценных форм древесных растений, например, карельской березы, триплоидных форм осины. Созданы генетически модифицированные формы древесных растений с новыми признаками для плантационного лесовыращивания, например, с полной устойчивостью к гербицидам.

В отечественном секторе наукоемких технологий по переработке лесных ресурсов (древесины в первую очередь) ситуация схожая. Так, целлюлозно-бумажная промышленность мира в 2010 году произвела около 400 млн. т бумаги и картона, в то время как Россия, имея самые большие запасы древесины, занимая 8 место в мире по объемам целлюлозы и 14 место по объемам выработки бумаги и картона, произвела всего 7,57 млн. т. Целлюлозно-бумажная промышленность России в настоящее время не принимает участия в развитии производства инновационных биопродуктов на основе комплексной глубокой переработки всей биомассы древесины, называемой биорефайнингом.

Древесные и технологические отходы, включая щепу и кору, щелока, шламы, осадки, скоп и другое, используются, в основном, в качестве биотоплива для получения пара и электроэнергии. Эксперименты по производству биоэтанола и биодизеля из отходов целлюлозно-бумажного производства, а также работы по созданию и выведению на рынок новых биопродуктов находятся в зачаточном состоянии. Лидерами в разработке и использовании новых биотехнологий являются Финляндия, Швеция и США. По мнению ведущих мировых компаний, уже во втором десятилетии нынешнего века возможна замена до 30% традиционной продукции целлюлозно-бумажной промышленности на инновационную.

Будут внедрены технологии производства жидких и твердых биотоплив, сырья для фармпромышленности, угольных волокон и углепластиков из осажденного лигнина, композитных материалов, полимеров.

9. Морская биотехнология

Объем мирового рынка морской биотехнологии в 2010 году составил 3,7 млрд. долларов США, к 2015 году прогнозируется 4,1 млрд. долларов США. Россия обладает значительным потенциалом для конкуренции на мировом рынке морских биотехнологий.

Рыбохозяйственный фонд внутренних пресноводных водоемов России включает 22,5 млн. га озер, 4,3 млн. га водохранилищ, 0,96 млн. га сельскохозяйственных водоемов комплексного назначения, 142,9 тыс. га прудов и 523 тыс. км рек.

Общий фонд прудовых площадей, находящихся на балансе рыбохозяйственных предприятий и организаций по состоянию на 1 января 2006 г., составлял 142,9 тыс. га, однако для выращивания рыбы используется не более 110 тыс. га прудов.

Российская Федерация располагает протяженной линией морского побережья (около 60 тыс. км), при этом площадь морских акваторий в Баренцевом, Белом, Азовском, Черном, Каспийском и дальневосточных морях (Берингово, Охотское и Японское), пригодная для размещения комплексов марикультуры, составляет порядка 0,38 млн. кв. км, в то время как современная площадь акваторий, используемых для выращивания морских гидробионтов, не превышает 25 тыс. га.

10. Биологические коллекции

В Российской Федерации зарегистрировано около 100 коллекций культур микроорганизмов, принадлежащих различным ведомствам и учреждениям. Суммарный состав коллекционных фондов Российской Федерации охватывает практически все известные группы микроорганизмов. Крупнейшими являются следующие коллекции: Всероссийская коллекция микроорганизмов (ИБФМ РАН, г. Пущино Московской области) и Всероссийская коллекция промышленных микроорганизмов (ГосНИИгенетики, г. Москва). Широко известны коллекции ВНИИСХМ, ВИЗР, а также коллекция базидиальных грибов Ботанического института РАН.

Во Всероссийском научно-исследовательском институте животноводства Россельхозакадемии сформирована и поддерживается коллекция семени редких, уникальных и исчезающих видов животных, во Всероссийском научно-исследовательском и технологическом институте птицеводства (ВНИТИП) создана самая крупная в мире биоколлекция птицы, во Всероссийском научно-исследовательском институте коневодства (ВНИИК) более 30 лет сохраняется биоматериал выдающихся жеребцов-производителей различных пород лошадей. Локальные биоколлекции поддерживаются и в ряде других институтов Россельхозакадемии.

Беспрецедентна по своему научному и практическому значению Вавиловская коллекция генетических ресурсов растений ВНИИР Россельхозакадемии, имеющая мировое значение и расположенная в г. Санкт-Петербурге и г. Краснодаре. Указанные коллекции могут рассматриваться в качестве возможной основы для организации в России биологических ресурсных центров.

11 Развитие новых биотехнологий для сохранения экосферы

Вот перечень над которым на данный момент предстоит работать для сохранения природных ресурсов по программе развития

Биоремедиация - комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием биологических агентов - метаболического потенциала биообъектов: растений, грибов, насекомых, червей и других организмов.

Биоресурсы - совокупность биоценозов (биот, биотических комплексов) из известных видов жизни на Земле (~ 2 млн. единиц) и еще не открытых видов (более 10 млн. видов).

Биорефайнери (англ. "biorefinery") - биозавод; предприятие, осуществляющее конверсию биомассы и производящее топливо, энергию и химические вещества в полном цикле.

Биосенсор (син. - "Биодатчик") - устройство, в котором чувствительный слой, содержащий биологический материал, непосредственно реагирующий на присутствие определенного компонента и генерирующий соответствующий сигнал.

Биотехнологическое приборостроение - отрасль, занимающаяся приборами для биотехнологии.

Биотехнология (технология живых систем) - 1) дисциплина, изучающая возможности использования живых организмов, их систем или продуктов их жизнедеятельности для решения технологических задач, а также возможности создания живых организмов с необходимыми свойствами методом генной инженерии; 2) производственное использование биологических структур для получения пищевых и промышленных продуктов и для осуществления целевых превращений. Биологические структуры в данном случае - это микроорганизмы, растительные и животные клетки, клеточные компоненты: мембраны клеток, рибосомы, митохондрии, хлоропласты, а также биологические макромолекулы (ДНК, РНК, белки - чаще всего ферменты).

Биотехнология "белая" - производство биотоплив, ферментов и биоматериалов для различных отраслей промышленности.

Биотехнология ветеринарная - часть сельскохозяйственной биотехнологии, предметной областью которой является использование биотехнологии для лечения животных.

Биотехнология "зеленая" - разработка и внедрение в агрокультуру генетически модифицированных растений.

Биотехнология "красная" - производство биофармацевтических препаратов (протеинов, ферментов, антител) для человека, а также коррекция генетического кода.

Биотехнология лесная - раздел биотехнологии, занимающийся сохранением и ускоренным воспроизводством лесных биоресурсов.

Биотехнология медицинская - раздел биотехнологии, занимающийся производством биофармацевтических препаратов, изделий медицинского назначения, продуктов лечебного питания (см. также "Биотехнология "красная").

Биотехнология морская - раздел биотехнологии, занимающийся вопросами изучения гидробионтов, переработки морепродуктов, разведения промысловой морской фауны и флоры в марикультуре.

Биотехнология пищевая (пищевая биоиндустрия) - раздел биотехнологии, занимающийся разработкой теории и практики создания пищевых продуктов общего, лечебно-профилактического назначения и специальной ориентации.

Биотехнология прикладная - раздел биотехнологии, осуществляющий практическое приложение достижений этой науки.

Биотехнология природоохранная (биотехнология экологическая) - раздел биотехнологии, занимающийся решением экологических проблем биотехнологическими методами.

Биотехнология промышленная - практическая ветвь биотехнологии, осуществляющая широкомасштабное производство биопродуктов по всем секторам биотехнологии (медицинскому, пищевому, сельскохозяйственному, энергетическому, экологическому и др.) (см. также "Биотехнология "белая").

Биотехнология сельскохозяйственная - раздел биотехнологии, занимающийся вопросами теории, методологии и практики применения ее достижений в растениеводстве и животноводстве (см. также "Биотехнология "зеленая").

Биотехнопарк - научный парк с акцентом на биотехнологию и инновационные процессы.

Биотопливные элементы - источники питания, использующие энергию из живого организма; предназначены для питания имплантируемых медицинских приборов.

Биотопливо - топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, путем переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои и др. Различают жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания - этанол, биодизель), твердое (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).

Биоудобрения - экологически чистые удобрения, получаемые из биогумуса и натуральных органических веществ.

...