Экология и охрана природы

     1. Понятие о биосфере. Вещественный  состав биосферы по Вернадскому.  Стабильность биосферы и её разнообразие. Понятие о ноосфере. 

     Биосферой называется та часть земного шара, в пределах которой существует жизнь. Биосфера (от греч. bios - жизнь, sphaira - шар) – сложная наружная оболочка Земли, населённая организмами, составляющими в совокупности живое вещество планеты. Она представляет собой глобальную экосистему – совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты. 

     Первые  представления о биосфере как «области жизни» и наружной оболочки Земли были высказаны в начале XIX века Ж.Ламарком. В 1875 г. австрийский геолог Э.Зюсс впервые ввёл в научную литературу современный термин «биосфера», понимая под ним область взаимодействия основных оболочек Земли: атмо-, гидро- и литосферы, где встречаются живые организмы. 

     Заслуга создания целостности учения о биосфере принадлежит академику В. И. Вернадскому. Используя этот термин, он создал науку «биосфера», ввел понятие «живое вещество», а также отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая деятельность организмов не только в настоящее время, но и в прошлом. Поэтому биосфера – одна из земных оболочек, в которой благодаря живым организмам трансформируется солнечная энергия, образуются органические вещества биогенного происхождения и совершаются биогеохимические превращения веществ. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой или необиосферой, а древние биосферы относят к былым биосферам, иначе палеобиосферам или мегабиосферам. Примеры последних – безжизненные скопления органических веществ (залежи угля, нефти, газа и др.) или запасы иных соединений, образовавшихся при непосредственном участии живых организмов (известняки, ракушечники, образования мела, ряда руд и многое другое).

     Биосфера  одна из важнейших геосфер Земли, являющаяся основным компонентом природной  среды, окружающей человека. Являясь глобальной экосистемой (экосферой), как и любая экосистема, она состоит из абиотической и биотической части, т. е., вещественный состав биосферы разнообразен. Вернадский В. И.  включает в него семь глубоко разнородных, но геологически не случайных частей:

· живое вещество (всё количество живых организмов планеты, как единое целое);

· биогенное вещество – рождаемое и перерабатываемое живыми организмами (горючие ископаемые, известняки и т. д.);

· косное вещество, образуемое без участия живых организмов (все геологические образования, не входящие в состав живых организмов и не созданные ими);

· биокосное вещество – вещество, которое создается одновременно живыми организмами и косными процессами и является закономерной структурой из живого и косного вещества (нефть, вода, почва, кора выветривания, илы);

· вещество радиоактивного распада (элементы и изотопы уранового, ториевого и актиноуранового ряда);

· рассеянные атомы земного вещества и космических излучений;

· вещество космического происхождения в форме метеоритов, космической пыли и др.

     Биосфера  является огромной, чрезвычайно сложной экологической системой, функционирующей в стационарном режиме на основе регуляции всех составляющих её частей и процессов. Стабильность биосферы основывается на высоком разнообразии живых организмов, отдельные группы которых выполняют различные функции в поддержании общего потока вещества и распределении энергии; на теснейшем переплетении и взаимосвязи биогенных и абиогенных процессов, на согласованности циклов отдельных элементов. В биосфере действуют сложные системы обратных связей и зависимостей.

     Начиная с кембрийского периода, около 600 млн. лет назад, характер основных круговоротов на Земле существенно не менялся. Происходили фундаментальные геохимические процессы, характерные и для современной эпохи: накопление О₂, связывание инертного азота, осаждение кальция, образование кремнистых сланцев, отложение железных и марганцевых руд и сульфидных минералов, накопление фосфора и т. д. Предполагается, что масса живого вещества оставалась приблизительно постоянной, начиная с углерода, менялись лишь скорости этих процессов. Стабильность биосферы обусловлена, прежде всего, деятельностью самого живого вещества, обеспечивающей определенную скорость фиксации солнечной энергии и биогенной миграции атомов.

     Таким образом, жизнь на Земле сама стабилизирует  условия своего существования, что даёт ей возможность развиваться бесконечно долго. В обобщающем виде биосфера – сложный, но вполне упорядоченный механизм. Однако стабильность биосферы имеет определенные пределы и нарушение её регуляторных возможностей чревато серьезными последствиями.

     Ноосфера (мыслящая оболочка, сфера разума) – высшая стадия развития биосферы, связанная с возникновением и развитием человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов на Земле и в околоземном пространстве, изменяя их своей деятельностью. Т. е. это «сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность становится главным, определяющим фактором развития».

     Понятие «ноосфера» появилось в связи с оценкой роли человека в эволюции биосферы. Ценность учения В. И. Вернадского о ноосфере именно в том, что он выявил геологическую роль жизни, живого вещества в планетарных процессах, в создании и развитии биосферы и всего разнообразия живых существ в ней. Среди этих существ он выделил человека как мощную геологическую силу. Эта сила способна оказывать влияние на ход биогеохимических и др. процессов в охваченной её воздействием среде Земли и околоземном пространстве.

     По  утверждению В. И. Вернадского, в сфере разума должна господствовать гуманистическая мысль, а это предполагает, прежде всего, гуманизацию социальных отношений, разумное отношение к природе, бережное отношение к её ресурсам. Таким образом, ноосфера – естественное и необходимое следствие человеческих усилий. 
 

     2. Адаптивные особенности и экологические  группы растений по отношению  к трофности и кислотности  почвы. 

     Результатом адаптации служит сохранение гомеостаза системы в изменяющихся условиях, при котором структурные связи системы перестраиваются в соответствие с изменившейся структурой среды для того, чтобы система могла функционировать. В процессе адаптации формируются признаки и свойства, которые оказываются наиболее выгодными для растений и благодаря которым приобретается способность к существованию в конкретной среде обитания (почве, водоёме и т. п.).

     Трофность – характеристика местообитания по его биологической продуктивности, обусловленной содержанием биогенных элементов. Понятие «трофность почвы» практически идентично понятию «плодородие почвы». Обычно по уровню трофности почвы условно делятся на богатые и бедные. Типичным представителем богатых почв являются чернозёмы.

     Почва – субстрат, из которого растения потребляют практически все необходимые им соединения. Обусловлено это тем, что почва состоит одновременно из трёх фаз – твёрдой, жидкой и газообразной. На долю твёрдой фазы приходится около 50% объёма почвы. Остальную часть занимают поры, заполненные водой или воздухом. Можно выделить и четвёртую фазу почвы – органическую, в частности, гумусную (от лат. humus – земля, почва). Наличием гумуса определяется структура и водоудерживающая способность почвы, её кислотность, питательная ценность и т. д.

     Степень кислотности (или щелочности) почв оказывает большое влияние на развитие корней и поступление питательных веществ в растение. Почвы нечерноземной зоны, как правило, кислые.

     Под влиянием высокой кислотности в  почве появляются вредные для  растений вещества, например, растворимые алюминий и в избыточном количестве марганец. Они нарушают углеводный и белковый обмен растений, образование у них органов размножения (цветков, соцветий) и этим резко снижают урожай, а иногда вызывают и частичную гибель культур. Повышенная кислотность почв подавляет деятельность полезных бактерий, которые участвуют в разложении навоза, торфа, компостов и др. местных удобрений и высвобождают в доступную растениям форму находящиеся в них питательные вещества. На кислых почвах плохо развиваются клубеньковые бактерии (обитающие на корнях бобовых растений), гибнут в таких почвах и живущие вблизи корней бактерии, усваивающие азот воздуха и накапливающие его в почве.

     Для выражения степени кислотности  почвы пользуются показателем рН, величина которого колеблется в разных почвах в пределах от 3,5 до 8 -8,5. Сильнокислые почвы имеют рН 3,5 - 4, кислые – 4 - 5, слабокислые – 5 - 6, нейтральные – 6 - 7, щелочные – 7 - 8, сильнощелочные – 8 - 8,5.

     По  отношению к кислотности  почвы, как к экологическому фактору, выделяются следующие группы растений:

• Ацидофилы – растения, предпочитающие кислые почвы (рН 2,4 - 6,7). Например, растения сфагновых болот: клюква, багульник, сфагновые мхи. На сильно кислых почвах растут вереск (Calluna vulgaris), белоус (Nardus stricta), щучка извилистая (Deschampsia flexuosa), щавелёк малый (Rumex acetosella) и дикая редька (Raphanus raphanistrum).

     В пределах этой группы выделяются экологические  подгруппы с более узкими значениями, которые точнее характеризуют природные  условия: крайние ацидофилы (рН 2,4 - 5), умеренные ацидофилы (рН 5 - 6,2) и слабые ацидофилы (рН 6,2 - 6,7).

• Нейтрофилы – растения нейтральных почв (рН 6,7 - 7). Это чина луговая (Lathyrus pratensis), тимофеевка луговая (Phleum pratense), ежа сборная (Dactylis glomerata), клевер (Trufolium), люцерна (Medicago) и др.

• Базифилы (от греч. basis – основание и phileo – люблю) – растения щелочных почв (рН 7 и выше). Их можно разделить на слабые базифилы (рН 7 - 8) и выраженные базифилы (рН 8 - 14, как правило, это растения, произрастающие на мелах – карбонат кальциевые, карбонат магниевые почвы). К ним относятся мак-самосейка (Papaver rhoeas) и адонис летний (Adonis aestivalis).

• Индифферентные виды не имеют определенной приуроченности к тому или иному значению рН почвы и встречаются в очень широких пределах рН – начиная от щелочных и кончая сильнокислыми. Типичные представители этой группы – ландыш майский (Convallaria majalis), сосна обыкновенная (Pinus sylvestris), дуб черешчатый (Quercus robur) и др.

     Слабокислую или близкую к нейтральной  почве предпочитают и клумбовые  растения – левкои, примулы, розы, хризантемы и др. цветы. Азалии, вереск, гортензии, люпин и рододендроны предпочитают кислые почвы.

     В зависимости от реакции растений на уровень содержания в почве основных элементов питания принято различать эвтрофы (от греч. eutrophia – хорошее питание), олиготрофы и мезотрофы.

     Эвтрофы предъявляют высокие требования к содержанию питательных веществ и развиваются только на достаточно плодородных почвах. Это преимущественно обитатели пойм и низинных болот. К эвтрофам относятся:

– древесные породы (ясень обыкновенный, вязы гладкий, шершавый, листоватый, клён полевой, тополь белый и др.);

– кустарники (свидина кроваво-красная (дёрен), бузина черная, жимолость татарская, тёрн);

– травянистые растения широколиственных лесов (сныть обыкновенная, пролесник многолетний, подмаренник душистый, вороний глаз, щитовник мужской, зеленчук желтый, купена многоцветковая и др.);

– черноольховых лесов (крапива двудомная, хмель обыкновенный, таволга вязолистная, калужница болотная, паслен сладко горький и др.);

– растения черноземных степей, пойменных лугов, низинных болот, многие культурные растения. 

     Олиготрофы произрастают на обеднённых и нередко кислых почвах. К ним относят: из кустарников – вереск, из травянистых растений – белоус, а также сфагновые мхи и некоторые др. растения, обитающие гл. обр. на верховых болотах и тощих оподзоленных почвах суходолов. Примером культурных олиготрофов служат рожь, ячмень и некоторые мятликовые (Роасеае).

     Мезотрофы – растения, занимающие промежуточное положение между двумя первыми. Не предъявляя высоких требований к плодородию почв, они вместе с тем не мирятся с чрезмерным обеднением их. К мезотрофам относятся:

– деревья и кустарники (бук, дуб, ель европейская или обыкновенная, береза повислая, ольха черная, осина, рябина обыкновенная, ива козья, крушина ломкая, бузина красная);