Экосистема Мурманской области

Содержание

Введение

1. Биогеоценоз (экосистема) как открытая система

2. Качество природной среды и состояние природных ресурсов мурманской области

Заключение

Список литературы

Введение

Изменения биосферы в результате человеческой деятельности стремительны. Произошел крупный качественный скачок во всех сферах жизнедеятельности людей в производстве, на транспорте, в сфере услуг, военном деле и пр. Человек осваивает территории, некогда недоступные в климатическом и географическом отношении: полярные зоны, высокогорные области.

Развитие человеческого общества во все века было связано с использованием разнообразных ресурсов. Природная среда является местом обитания человека и источником всех благ, необходимых для его жизни и производственной деятельности. Степень использования ресурсов определяется социально-экономическими потребностями общества.

Причем достижения науки и техники создали иллюзию как бы обособленности человека от природы, и даже господства над ней. Однако дело обстоит иначе. Для удовлетворения своих потребностей современный человек нуждается в значительно большем количестве ресурсов, чем раньше. И перед человечеством встают серьезные и сложные проблемы охраны природы.

Несомненно, наиболее сильное и наиболее заметное влияние на состояние окружающей среды оказывают, в первую очередь, промышленность и сельское хозяйство. При этом можно выделить отрасли промышленности, которые оказывают отрицательное воздействие либо на атмосферу (энергетика, нефтепереработка, цветная металлургия), либо на земельные ресурсы (все добывающие отрасли, промышленность стройматериалов), либо загрязняющие внутренние и внешние воды государств (нефтедобыча, целлюлозно-бумажная промышленность и пр.). Отдельные отрасли отрицательно воздействуют на природную среду по всем направлениям, вызывая загрязнение вод, воздуха, почв. Поэтому просто необходимо в современном обществе уделять большое внимание экологической составляющей при размещении, строительстве и дальнейшем развитии любого производства.

Фактически же природные условия и ресурсы являются необходимыми условиям для развития и промышленного и сельскохозяйственного производства. Однако только человеческое общество решает, как и в какой степени, эти ресурсы будут использоваться и что останется после нас грядущим поколениям.

Поставим в данной работе следующие задачи:

– рассмотрим биогеоценоз (экосистему) как открытую систему;

– рассмотрим качество природной среды и состояние природных ресурсов Мурманской области.

1. Биогеоценоз (экосистема) как открытая система

Существует много разных определений термина экосистема, но по сути одно и то же. Согласно Ю. Одуму живые организмы и их неживое окружение, неразделимо связанные друг с другом, постоянно взаимодействующие и совместно функционирующие на данном участке таким образом, что поток энергии создает четко определенные биологические структуры и круговорот веществ между живой и неживой частями, представляют собой экологическую систему – экосистему.[1]

Экосистемой, однако, не является любая часть жизни, взаимодействующая с окружающей средой. Экосистема представляет собой систему сообществ живых организмов и среды их обитания, которые функционируют совместно. Это значит, что круговорот вещества и потоки энергии происходят во взаимной связи всех компонентов живой (биотической) и неживой (абиотической) составляющей системы.

Термин экосистема впервые был предложен в 1935 г. английским экологом А. Тэнсли, хотя представления об экосистеме сформировались гораздо раньше. Они были связаны с учением о единстве организма и среды, понятиями биоценоза и геобиоценоза как целостными функциональными образованиями. Эти понятия встречаются в трудах немецкого математика К. Мебиуса (1877), русских ученых – основателя научного почвоведения В.В. Докучаева и создателя учения о лесе Г.Ф. Морозова (1846–1903), позднее эколога В.Н. Сукачева (1944).

К началу ХХ века биологи стали развивать идею о том, что в различных природных сообществах действуют одни и те же закономерности функционирования, независимо от того, какая среда рассматривается: пресноводная, морская или наземная. Ученые пытались использовать для анализа этих закономерностей так называемый холистический подход, т.е. исходили из принципа целостности природных образований.

Позже появилось новое направление, которое можно назвать экологией экосистем. Оно развивалось в связи с разработкой общей теории систем и применением системного анализа. Основоположниками этого нового направления считаются Дж.Е. Хатчинсон, Р. Маргалеф, К. Уатт, В. Пэттен, Г. Одум. Именно такой системный подход обеспечил «прорыв» в экологических исследованиях. Он до сих пор остается основой для анализа экосистем и разработки прогнозов их эволюции.[2]

Обратимся к смыслу понятия «система». Понятие системы – одно из самых общих. Систему можно определить как совокупность элементов, определенным образом связанных и взаимодействующих между собой. То есть любой объект, реальный или мыслимый, целостные свойства которого могут быть представлены как результат взаимодействия образующих его частей, можно считать системой.

Части системы называют элементами системы. Элементы системы могут быть физическими, химическими, биологическими или смешанными.

Структуру системы определяет способ взаимодействия элементов, и, что очень важно, это взаимодействие приводит к возникновению новых свойств системы, ее новых целостных характеристик.

Отличительной чертой любой системы является наличие у нее входа и выхода, причем определенное изменение входной величины влечет за собой некоторое изменение и выходной величины.

Зависимость выходной величины от входной определяется законом поведения системы. В идеальном случае этот закон может быть выражен математическим уравнением, имеющим аналитическое решение. В такое уравнение входит некоторое число постоянных параметров, характеризующих определенные свойства экосистемы.

Любая экосистема является открытой системой, т.е. она должна получать и отдавать энергию. Пределы изменений на входе и выходе сильно варьируют и зависят от многих переменных, например, от размеров системы (чем она больше, тем меньше зависит от внешних частей), интенсивности обмена (чем он интенсивнее, тем больше приток и отток), сбалансированности автотрофных и гетеротрофных процессов (чем больше нарушено равновесие, тем больше должен быть приток извне для его восстановления), стадии и степени развития системы (молодые системы отличаются от зрелых). Так, например, для обширной, поросшей лесом горной местности перепад между средой на входе и средой на выходе значительно меньше, чем для небольшого ручья.

Внешне разнородные признаки и свойства сообществ, присущие экосистемам разных типов, можно объединить в весьма однородные функции и связи между элементами.

Процессы, протекающие в экосистемах, являются общими для весьма различных организмов – от бактерий до млекопитающих.

Все особи сообщества, будучи связаны с окружающей средой функциональной связью, извлекают из нее вещества и обогащают среду продуктами жизнедеятельности.

Близким или даже аналогичным понятию экосистемы является понятие биоценоз. Соответственно наука, изучающая этот предмет, называется биоценологией.

Термин биоценоз происходит от греческих слов bios – жизнь и koinos

– общий. Впервые он был использован немецким зоологом К. Мебиусом в книге «Устрицы и устричное хозяйство» (1877). Биоценоз – это только живое население, тогда как в экосистему помимо биотической компоненты входит и абиотическая, т.е. неживая. Четкую границу между биоценозом и экосистемой проводят В.Д. Федоров и Т.Г. Гильманов (1980). Согласно их определению, биоценоз – это «совокупность всех популяций биологических видов, принимающих существенное (постоянное или периодическое) участие в функционировании данной экосистемы». Они рассматривают биоценоз как часть экосистемы.[3]

Иногда вместо термина биоценоз употребляют термин сообщество организмов.

Говоря о биоценозе, обычно подчеркивают, что функционирование его осуществляется в определенных условиях среды и ограничивается определенным пространством, которое называют биотопом. Совокупность биоценоза и биотопа называют биогеоценозом.

Согласно определению В.Н. Сукачева (1964), биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутренне противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. Такое определение, по существу, идентично определению термина «экосистема».[4]

Одно из свойств системы – иерархическая соподчиненность элементов. Так, элементарной единицей в экологии считают организм (особь), совокупность особей образует элементарную подсистему – популяцию, а совокупность популяций, выполняющих функциональную сходную роль в экосистеме, образует следующую подсистему – ассоциацию, или сообщество, совокупность сообществ – биоценоз. Организмы биоценоза в комплексе со средой обитания представляют собой экосистему.

Закономерные сочетания экосистем в пределах определенной территории или акватории, характерной в том или ином отношении (например, геоморфологическом – на суше или гидрологическом – в водной среде), образуют систему более высокого уровня, чем экосистема, – ландшафт.

Деление на ступени – иерархия – во многих случаях является искусственным. Каждый уровень интегрирован, т.е. взаимодействует с другими, и между ними нет резких границ.

Важно, что при переходе на каждый новый уровень у появившихся элементов возникают новые свойства, которые не являются простой суммой свойств предыдущих уровней (принцип эмерджентности).

В соответствии с названными подсистемами различают экологию популяций, экологию сообществ, экологию биоценозов. Отсюда следует, что для понимания целостных свойств экосистем важно изучение связей между образующими ее элементами, которые определяют функционирование экосистемы как единого целого.

Для описания систем используются качественные и количественные критерии и параметры. Структуру экосистемы можно описать, используя различные критерии. Самым простым критерием, с помощью которого можно выделить две главные компоненты экосистемы, является критерий жизни. Используя этот критерий, в экосистеме выделяют две компоненты: живую (биотическую) и неживую (абиотическую). Эти понятия сопоставимы с представлениями о биоценозе как живой и биотопе как неживой частями экосистемы.

Необходимо подчеркнуть, что объектом экологии является именно экосистема, а не сообщество организмов.

Обе компоненты тесно связаны и взаимодействуют друг с другом. Абиотические компоненты лимитируют и регулируют жизнедеятельность и само существование живых организмов. Они находятся как вне, так и внутри живых организмов и образуют постоянный поток между биотической и абиотической компонентами.

Однако такой подход дает, по существу, мало информации, поэтому используют другие критерии, связанные с пространственной характеристикой, а также функционированием экосистем.

В зависимости от выполняемых функций в отношении питания все популяции разделяют на три основные группы: продуценты, консументы и редуценты. Каждый биоценоз в экосистеме включает представителей всех трех трофических групп, хота эти группы состоят из различных популяций организмов и имеют различный видовой состав. Все организмы, выполняющие в экосистеме (биоценозе) одинаковые трофические функции, составляют определенный трофический уровень.

Первый трофический уровень образуют автотрофные организмы (автотрофы). Они создают уровень первичной продукции и являются первичными продуцентами. Именно они утилизируют внешнюю энергию солнца, создают массу органического вещества (биомассу), являются основой существования жизни вообще и биоценоза в частности. К числу первичных продуцентов относятся растения, фотоавтотрофные бактерии, а также некоторые хемосинтезирующие бактерии.

Живые организмы рождаются, растут и развиваются. В ходе этих процессов меняется их биомасса. Под биомассой (обычно обозначается буквой В) понимают массу тела этих организмов. Биомассу выражают в единицах энергии или массы на единицу площади (например, джоули на 1 м или тонны на 1 га).

В сообществах основная доля биомассы обычно приходится на растения – первичные продуценты (автотрофы).

Количество создаваемой автотрофами биомассы называется первичной продукцией (Р). Общее количество биомассы называют при этом валовой продукцией, а прирост биомассы – чистой продукцией. Часть энергии идет на поддержание жизни, дыхание самих растений и теряется для сообщества в виде потерь на дыхание; они составляют 40–70% от валовой продукции. Разница между валовой продукцией и дыханием как раз и составляет чистую продукцию. Таким образом, чистая продукция является скоростью наращивания биомассы, доступной для потребления гетеротрофами.

Скорость образования первичной продукции, т.е. количество биомассы, образующейся в единицу времени, называют биологической продуктивностью (биопродуктивностью) экосистемы. Иногда скорость образования биомассы называют первичной продукцией, но это не совсем правильно, и мы будем придерживаться предыдущей трактовки.

Продуктивность выражают в единицах энергии или вещества, отнесенных к площади за 1 сутки.

В отличие от растений бактерии, грибы и животные не способны строить свое тело из простых химических веществ: им для этого необходимы более сложные органические вещества, богатые энергией. Они получают энергию, питаясь растениями или другими организмами, которые тоже питаются растениями и по характеру питания являются гетеротрофами. Таким образом, они строят свое тело за счет автотрофных организмов, а также организмов, питающихся автотрофами. Их относят к вторичным продуцентам.

Количество биомассы, создаваемой вторичными продуцентами, называют вторичной продукцией. Эту группу организмов объединяют во второй трофический уровень, который представлен консументами. Консументы иногда называют также трансформаторами, гетеротрофами или фаготрофами. Гетеротрофы в основном представлены животными, бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения органических веществ, разложения мертвых тканей. Образующиеся в результате жизнедеятельности гетеротрофов простые неорганические соединения усваиваются автотрофами.

Консументы выделяют различные биологически активные вещества, стимулирующие или угнетающие другие организмы. В этой группе выделяют несколько порядков: консументы первого порядка, второго порядка и т.д.

Третья группа организмов, обеспечивающая в экосистеме функционирование биоценоза, – редуценты. Это группа организмов, разлагающих отходы жизнедеятельности и отмершие организмы до минеральных веществ. Однако минерализация органических веществ осуществляется не только редуцентами (бактериями, простейшими грибами), но и консументами – растениями и животными в процессе метаболизма. Наряду с минеральными солями они выделяют в окружающую среду диоксид углерода и воду, которые являются конечными продуктами метаболизма.

Вклад каждой группы в функционирование экосистемы неравноценен. Например, для полного круговорота веществ в водоеме видовой состав продуцентов и редуцентов не имеет большого значения; для промысловых организмов (их питания, роста и размножения) видовой состав продуцентов может иметь решающее значение. Для человека, использующего водные промысловые организмы, большое значение имеют некоторые консументы.

Организмы разных групп (и таксонов) по-разному реагируют на антропогенное загрязнение среды обитания, т.е. обладают разной чувствительностью к антропогенному воздействию. Редуценты вынуждены перерабатывать не только естественные продукты жизнедеятельности автотрофов и консументов, но и химические вещества, попадающие в экосистему вследствие антропогенных воздействий.

Обычно по мере увеличения количества органического вещества в среде одновременно увеличивается и число организмов, которые его минерализуют, причем этот процесс всегда идет с опозданием. Однако эта закономерность прослеживается не всегда. Если химические вещества обладают токсическими свойствами, редуценты могут не справиться с очисткой от загрязнения, нарушаются процессы самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и приводит к ее преобразованию.

В зонах загрязнения происходит упрощение трофической структуры, разнообразия типов питания в сообществах, снижается видовое разнообразие. По мере упрощения структуры и увеличения роли эврибионтных видов возрастает биомасса сообществ. Выявлены четкие связи между показателями структуры (индекс разнообразия) и функции водных сообществ: первичной продукцией, биомассой, суммарными тратами на обмен и т.д. Таким образом, соотношение организмов в группах и стабильность экосистем существенно зависят от деятельности человека.

Видовой состав групп продуцентов, консументов и редуцентов может быть различным, что зависит не только от типа экосистемы (например, наземной или водной), географического положения, но и от взаимоотношений организмов.

В экологии известны различные типы взаимоотношений, из которых обычно рассматривают четыре – конкуренция, хищничество, паразитизм и мутуализм. В реальной жизни эти отношения часто имеют смешанный характер. Примером может быть способность многих видов к образованию скоплений.

Скопление – это сосредоточение множества особей в наиболее подходящем для них месте и в самое подходящее время года. К скоплениям приводят миграции животных, синхронность жизненных циклов. Каждая особь тяготеет к «подходящему» местообитанию, в результате в таких местообитаниях скапливается вся популяция. Образование скоплений дает определенные выгоды отдельной особи, может повышать эффективность поисков пищи. Когда птицы в летящей стае выстраиваются надлежащим образом (в «шеренги», «клинья», «уступы» и т.д.), то их крылья благодаря аэродинамическим эффектам увеличивают подъемную силу. То же, по всей вероятности, происходит и со стаей рыб. Вместе с тем действует и механизм отбора, направленный против образования скоплений – как в пространстве, так и во времени. Первостепенный фактор такого отбора – это исчерпание ресурсов и конкуренция.

Конкуренция – это взаимодействие, которое сводится к тому, что один организм потребляет ресурс, который был бы доступен для другого организма и мог им потребляться. Одно живое существо лишает части ресурса другое, которое вследствие этого медленнее растет, оставляет меньшее потомство и имеет больше шансов погибнуть. Лишать друг друга ресурсов могут особи как одного, так и разных видов. Конкуренцию часто рассматривают как взаимодействие, приносящее обоюдный вред.

Напротив, такой тип взаимодействия как мутуализм приносит обоюдную пользу. Особи, которые вступают в подобного рода отношения, растут, размножаются и выживают с большим успехом в присутствии друг друга. Например, взаимодействие типа «чистильщик–клиент» используют некоторые виды рыб (известно 45 видов таких рыб), деревья, муравьи и т.д. К такому типу взаимодействия относится микориза – симбиоз между микроорганизмами (грибами) и древесными растениями, который приводит к ускорению круговорота минеральных элементов.

Мутуализмом считают сельскохозяйственную деятельность человека:

разведение домашних животных и выращивание растений. Планетарная биомасса в значительной мере образована мутуалистами.

Взаимоотношения между видами разных трофических уровней образуют систему трофических цепей (цепей питания).

Между членами трофической цепи складываются сложные отношения, и именно они обеспечивают устойчивость биоценоза, существование и жизнедеятельность популяций и видов.

Совокупность трофических цепей формирует трофическую структуру экосистемы (биоценоза).

Трофические цепи, представленные продуцентами и консументами, рассматривают как особую структурную единицу экосистемы – ее пастбищные цепи (пастбищную составляющую).

Процессы деструкции и минерализации органических веществ образуют так называемые цепи разложения (детритные цепи).

Чем больше видовое разнообразие биоценоза, тем полнее используются ресурсы на каждом трофическом уровне. Часто говорят о полноте биогенного круговорота веществ, связанного с биоразнообразием.

Учитывая тот факт, что большинство животных использует в пищу значительный набор объектов, следует ожидать появления, наряду с вертикальными, горизонтальных пищевых связей, которые также повышают устойчивость биоценозов и экосистемы в целом. Горизонтальные и вертикальные связи образуют пищевые сети. Таким образом, в природе формируются дублирующие механизмы.

Структура различных экосистем, например, наземных и водных, в принципе сходна, хотя видовой состав и количественные характеристики трофических компонентов существенно отличаются.

Популяции, входящие в состав биоценоза, вступают в сложные взаимоотношения, которые не исчерпываются трофическими связями. Пространственная структура биоценоза обусловливает образование топических связей. При этом всякое размещение организмов в пространстве неизбежно приводит к противоречиям: полезности группового существования и издержкам совместной жизни

Каждый вид занимает определенное положение в составе экосистемы и выполняет определенные функции, обеспечивающие стабильность его позиций и стабильность биоценоза и экосистемы в целом. Это положение называют экологической нишей. От количества экологических ниш зависит структура всего биоценоза. Чем разнообразнее абиотические условия среды, тем больше видов осваивают данный биотоп.