Общее понятие о природных системах
Лекция 1. Общее понятие о природных системах. Содержание 1. Понятие система, экосистема и свойства 2. Понятие геосистема, виды, типы свойства 3. Виды антропогенного воздействия 4. Мониторинг природной среды 5. Виды загрязнений 5. Понятие о системах природопользования 6. Виды систем природопользования и их оценка 7. Принципы оптимизации взаимоотношений общества и природы 1. Понятие система, экосистема и свойства Система в наиболее общем виде – это устойчивая совокупность взаимосвязанных элементов и компонентов. Элемент системы — это обособленная ее часть, неделимая в рамках этой системы, со своими специфическими свойствами, чертами и назначениями. Элементы являются взаимосвязанными, при условии, что они формируют взаимные ограничения в поведении (изменение, функционирование) друг друга. Каждая из обособленных частей системы (элемент) формирует ее подсистему (компонент). Все, что не является составляющим системы, для нее является внешней средой. Совокупность из двух и более элементов, по мнению Р. Акоффа, является системой, при условии, что она соответствует трем условиям: элементы взаимосвязаны так, что в совокупности данных элементов не может возникать независимых подсистем, поведение элементов и их воздействие на целое взаимозависимы; действие каждого элемента влияет на действие целого. Природные системы (ПС) — это совокупность природных компонентов, тесно связанных между собой и функционирующих в пределах определенной территории (или акватории). Понятие «природные системы» объединяет природные геосистемы (ПТК и ПОТК разных рангов) и экосистемы разных рангов. Экосистема — это биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними. Одно из основных понятий экологии. Пример экосистемы — лиственный лес в средней полосе России, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определенными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещенности) и комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая (пищевая) структура сообщества и соотношение производителей биомассы, еѐ потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии. В геосистеме исследуются все элементы и связи между компонентами, которые считаются равнозначными в образовании и функционировании этого природного комплекса. Главное отличие экосистемы от геосистемы состоит в том, что при изучении экосистем рассматриваются лишь те связи, которые имеют отношение к живым организмам Экосистема, подобно геосистеме, включает в себя биотические и абиотические компоненты природы, но это биоцентрическая система, биота является ее «хозяином». На экосистемы влияют разные абиотические и биологические факторы. Свет, температура, влага, ветер, воздух, давление, освещенность, механический состав почвы, ее проницаемость, влагоемкость, содержание в почве или воде элементов питания, газовый состав, соленость воды, влияние растений и животных на других членов биоценоза, влияние антропогенных факторов, (в т.ч. техногенный загрязнение среды). Для экосистем большую роль играет величина и интенсивность экологических факторов. Интенсивность наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма, называется оптимумом, а дающая наихудший эффект – пессимумом. Например, при выращивании растений при различных температурах точка, при которой наблюдается максимальный рост, будет оптимумом. В большинстве случаев это некий диапазон температур, составляющий несколько градусов, поэтому целесообразнее говорить о зоне оптимума. Весь интервал температур, от минимальной до максимальной, при которых еще возможен рост, называют диапазоном устойчивости (выносливости) или толерантности. Точки, ограничивающие его, т.е. максимальная и минимальная температуры, пригодные для жизни, — это пределы устойчивости. Между зоной оптимума и пределами устойчивости растение испытывает все нарастающий стресс, т.е. речь идет о стрессовых зонах, или зонах угнетения в рамках диапазона устойчивости. По мере удаления от оптимума в конечном итоге по достижении пределов устойчивости организма происходит его гибель. Для каждого вида растений (животных) существует оптимум, стрессовые зоны и пределы устойчивости или выносливости в отношении каждого средового фактора. При значении фактора, близком к пределам выносливости или толерантности, организм обычно может существовать лишь непродолжительное время. В более узком интервале условий возможно длительное существование и рост особей. Еще в более узком диапазоне происходит размножение, и вид может существовать неограниченно долго. Обычно примерно в средней части диапазона устойчивости имеются условия, наиболее благоприятные для жизнедеятельности, роста и размножения. Эти условия называют оптимальными, в которых особи данного вида оставляют наибольшее число потомков. На практике выявить такие условия сложно, и обычно определяют оптимум для отдельных показателей жизнедеятельности – скорости роста, выживаемости и т.п. Свойство вида адаптироваться к тому или иному диапазону факторов среды обозначается понятием «экологическая пластичность» (экологическая валентность) вида. Чем шире диапазон колебаний экологического фактора, в пределах которого вид может существовать, тем больше его экологическая пластичность. Виды, способные существовать лишь при небольших отклонениях от оптимальной величины фактора, называются узкоспециализированными, а выдерживающие значительные изменения фактора – широкоспециализированными. К узкоспециализированным видам относятся, например, организмы пресных вод, а также морских вод. Следовательно, пресноводные и морские виды обладают низкой экологической пластичностью по отношению к солености. Виды, которые способны жить как в пресных, так и в соленых водах (трехиглая колюшка), обладают высокой экологической пластичностью. Экологически выносливые виды называют эврибионтными(eyros – широкий), маловыносливые – стенобионтными (stenos – узкий). Виды, длительное время развивающиеся в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность и вырабатывают черты стенобионтности, тогда как виды, существовавшие при значительных колебаниях факторов среды, приобретают повышенную экологическую пластичность и становятся эврибионтными. Отношение организмов в колебаниям того или иного определенного фактора выражается прибавлением приставки эври- или стено- к названию фактора. Например, по отношению к температуре различают эври- и стенотермные организмы, к концентрации солей – эври- и стеногалинные, к свету – эври- и стенофотные и др. Растение, являясь эвритермным, одновременно может относиться к стеногигробионтам, т.е. быть менее стойким относительно влажности. Эврибионтность способствует широкому распространению видов. Стенобионтность обычно ограничивает ареалы. Все факторы среды взаимосвязаны, и среди них нет абсолютно безразличных для любого организма. Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от других. При комплексном воздействии среды часто имеет место «эффект замещения», который проявляется в сходстве результатов воздействия разных факторов. Так, свет не может быть заменен избытком тепла или обилием углекислого газа, но действуя изменениями температуры, можно приостановить фотосинтез у растений или активность у животных и тем самым создать эффект диапаузы, как при коротком дне, а удлинив активный период, создать эффект длинного дня. В комплексном действии среды факторы по своему воздействию неравноценны для организмов. Их можно подразделить на ведущие (главные) и фоновые (сопутствующие, второстепенные). Ведущие факторы различны для различных организмов. В роли ведущих факторов могут выступать то одни, то другие элементы среды на разных этапах развития организма. Так, в пробуждении активности у птиц в конце зимы ведущим фактором является свет, длина светового дня, летом же его действие становится равнозначным температурному фактору. Ведущий фактор может быть неодинаков у одних и тех же видов, живущих в разных физико-географических условиях. Понятие о ведущих факторах нельзя смешивать с понятием об ограничивающих факторах. Фактор, уровень которого в качественном или количественном отношении (недостаток или избыток) оказывается близким к пределам выносливости данного организма, называется ограничивающим или лимитирующим. Ограничивающее действие фактора будет проявляться и в том случае, когда другие факторы среды благоприятны или даже оптимальны. В роли ограничивающего фактора могут выступать как ведущие, так и фоновые экологические факторы. Понятие о лимитирующих факторах было введено в 1840 г. химиком Ю. Либихом. Изучая влияние на рост растений содержания различных химических элементов в почве, он сформулировал принцип: «Веществом, находящимся в минимуме, управляется урожай и определяется величина и устойчивость последнего во времени». Этот принцип известен под названием правила или закона минимума Либиха. В качестве наглядной иллюстрации закона минимума Либиха часто изображают бочку, у которой образующие боковую поверхность доски имеют разную высоту. Длина самой короткой доски определяет уровень, до которого можно наполнить бочку водой. Следовательно, длина этой доски – лимитирующий фактор для количества воды, которую можно налить в бочку. Длина других досок уже не имеет значения. Другой пример. Допустим, в почве содержатся все элементы минерального питания, необходимые для данного вида растений, кроме одного из них, например, цинка. Рост растений на такой почве будет сильно угнетен или вообще не возможен. Если мы теперь добавим в почву нужное количество цинка, это приведет к увеличению урожая. Но если мы будем вносить любое другое химическое соединение (например, азот, фосфор, калий) и даже добьемся того, что все они будут содержаться в оптимальных количествах, а цинк будет отсутствовать – это не даст никакого эффекта. Точно так же, если кислотность (рН) почвы отклоняется от оптимума, например, для озимой ржи, то никакие агротехнические мероприятия, кроме снижающего кислотность известкования, не помогут существенно увеличить урожайность этой культуры на данном поле. Закон минимума Либиха распространяется на все биотические и абиотические факторы, влияющие на организм. Такими факторами могут быть, например, конкуренций со стороны другого вида, присутствие хищника или паразита. Сформулированный закон применим как к растениям, так и к животным. Лимитирующим фактором может быть не только недостаток, на что указывал Ю. Либих, но и избыток таких факторов, как тепло, свет и вода. Диапазоны между экологическим минимумом и экологическим максимумом, называются пределами устойчивости, выносливости или толерантности. Представление о лимитирующем влиянии максимума наравне с минимумом ввел В. Шелфорд, сформулировавший «закон толерантности». После открытия этого закона были проведены многочисленные исследования, благодаря которым стали известны пределы существования для многих растений и животных. Таким примером является влияние загрязняющего атмосферный воздух вещества на организм человека. Величина фактора обозначается символом С (от слова «concentration», что в переводе означает «концентрация»). В других случаях при поступлении в организм вещества можно говорить не о концентрации, а о дозе вещества (фактора). В санитарной охране окружающей среды важны не нижние пределы устойчивости к вредным веществам, а верхние пределы, т.к. загрязнение окружающей среды – это и есть превышение устойчивости организма. Ставится задача или условие: фактическая концентрация загрязняющего вещества фактическая не должна превышать концентрация лимитирующу (Сфакт.
Поделись лекцией и получи промокод на скидку 30% на платформе Автор24
Заполни поля и прикрепи лекцию. Мы вышлем промокод со скидкой тебе на почту
Источник