Антропогенные изменения биогеоценозов

Содержание

 

 

Введение

 

Биогеоценоз — это  исторически сложившееся сообщество организмов разных видов (биоценоз), тесно  связанных между собой и с  окружающей их неживой природой (биотоп) обменом веществ и энергии.

Каждый естественный природный биогеоценоз представляет собой систему, которая сложилась  в течение многих тысяч и миллионов  лет. Все ее элементы «притерты» друг к другу, что обеспечивает устойчивость к изменениям окружающей среды. Однако «прочность» экологических систем не беспредельна: резкие и глубокие изменения природных условий, сокращение численности тех или иных видов организмов (например, в результате неограниченного вылова промысловых видов) могут нарушить равновесие в биогеоценозе и привести к его разрушению. Мощным фактором изменения экосистем является хозяйственная деятельность человека.. Воздействие человека на природные экосистемы началось давно. Оно все время усиливалось вместе с увеличением населения Земли. В последнем столетии в связи с быстрым развитием промышленности, сельского хозяйства, ростом городом влияние человека приобрело решающее значение.

Целью данной работы является изучение  антропогенных изменений биогеоценозов.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- дать характеристику  понятия «биогеоценоз»;

-рассмотреть влияние деятельности человека на биогеоценоз и мероприятия, которые необходимо проводить в целях его охраны;

- определить признаки и показатели антропогенного изменения природного ландшафта в регионе освоения;

-выявить условия функционирования природно-технических экологических систем.

 

1. Характеристика биогеоценозов

 

Биогеоценоз (от греч. koinos -- общий), взаимообусловленный  комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем. К живым компонентам биогеоценоза относятся автотрофные организмы (фотосинтезирующие зелёные растения и хемосинтезирующие микроорганизмы) и гетеротрофные организмы (животные, грибы, многие бактерии, вирусы), к косным - приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, солнечная энергия, почва с её водоминеральными ресурсами и отчасти кора выветривания. В каждом биогеоценозе сохраняется как однородность состава и строения компонентов, так и характер материально-энергетического обмена между ними. Особенно важную роль в биогеоценозе играют зеленые растения (высшие и низшие), дающие основную массу живого вещества. Они производят первичные органические материалы, вещество и энергия которых используются самими растениями и по цепям питания передаются всем гетеротрофным организмам. Зелёные растения через процессы фотосинтеза, дыхания поддерживают баланс кислорода и углекислого газа в воздухе, а через транспирацию участвуют в круговороте воды. В результате отмирания организмов или их частей происходит биогенная миграция и перераспределение в почве элементов питания (N, P, К, Ca и др.). Наконец, зелёные растения прямо или косвенно определяют состав и пространственное размещение в биогеоценозе животных и микроорганизмов. Роль в биогеоценозе хемотрофных микроорганизмов менее значительна. Гетеротрофы по специфике своей деятельности в биогеоценозе могут быть разделены на потребителей, трансформирующих и отчасти разлагающих органические вещества живых организмов, и разрушителей, или деструкторов (грибы, бактерии), разлагающих сложные органические вещества в отмерших организмах или их частях до простых минеральных соединений. В функционировании биогеоценоза велика роль почвенных животных - сапрофагов, питающихся органическими остатками отмерших растений, и почвенных микроорганизмов (грибов, бактерий), разлагающих и минерализующих эти остатки. От их деятельности в значительной мере зависят структура почвы, образование гумуса, содержание в почве азота, превращение ряда минеральных веществ и многие другие свойства почвы. Без гетеротрофов невозможно было бы ни завершение биологического круговорота веществ, ни существование автотрофов, ни самого биогеоценоза. Косные компоненты биогеоценоза служат источником энергии и первичных материалов (газов, воды, минеральных веществ). Биогеоценоз - динамичная система. Он непрерывно изменяется и развивается в результате внутренних противоречивых тенденций его компонентов. Изменения биогеоценоза могут быть кратковременными, обусловливающими легко обратимые реакции компонентов биогеоценоза (суточные, погодные, сезонные), и глубокими, ведущими к необратимым сменам в состоянии. Они могут быть медленными и быстрыми. Наряду с динамичностью, биогеоценозу присуща и устойчивость во времени, которая обусловлена тем, что современные природные биогеоценозы - результат длительной и глубокой адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды.

2. Влияние деятельности человека на биогеоценоз; мероприятия, которые необходимо проводить в целях его охраны

 

 Человек с недавних пор  стал очень активно влиять  на жизнь биогеоценоза. Хозяйственная  деятельность людей - мощный фактор  преобразования природы. В результате  этой деятельности формируются  своеобразные биогеоценозы. К числу их можно отнести, например, агроценозы, представляющие собой искусственные биогеоценозы, возникающие в результате сельскохозяйственной деятельности человека. Примерами могут служить искусственно создаваемые луга, поля, пастбища. Создаваемые человеком искусственные биогеоценозы требуют неустанного внимания и активного вмешательства в их жизнь. Конечно, в искусственных и естественных биогеоценозах много сходного и различного, но на этом мы останавливаться не будем.

Влияет человек и на жизнь естественных биогеоценозов, но, конечно, не настолько сильно, как на агроценозы. Примером могут служить лесничества, создаваемые для высадки молодых деревьев, а также для ограничения охотничьего промысла. Примером могут также служить заповедники и национальные парки, создаваемые для охраны каких-то определенных видов растений и животных. Создаются также массовые общества, пропагандирующие сохранение и охрану окружающей среды, такие как общество "зеленых" и т.п.

3. Признаки и показатели антропогенного изменения природного ландшафта в регионе освоения

 

ЛАНДШАФТ НАРУШЕННЫЙ — тип антропогенного ландшафта, возникший в результате нерационального использование  природных ресурсов.

ЛАНДШАФТ ТЕХНОГЕННЫЙ — разновидность  антропогенного ландшафта, особенности формирования и структуры которого обусловлены производственной деятельностью человека, связанной и с использованием мощных технических средств.

Формирование антропогенного ландшафта  в регионе строительства. Реальные техногенные нагрузки на компоненты геосфер при сооружении объектов промышленного или гражданского назначения формируют потенциальные уровни антропогенного изменения биогеоценозов регионального ландшафта. С этой точки зрения исключительно важное 1)научно-методологическое значение приобретает задача оптимизации структурно-рациональных ограничений на строительный процесс с точки зрения минимального воздействия на природный ландшафт и далее обеспечения необходимых исходных контрольно-технологических предпосылок по сохранению экологического баланса в регионе. 2) определение принципиальных условий создания экологически чистого строительного комплекса по критериям качественно-количественной минимизации техногенных нагрузок на компоненты природного ландшафта. Математическая модель формирования антропогенного ландшафта предусматривает структурно-функциональные преобразования геосфер Вернадского, которые приводят к разнохарактерным конечным результатам, дающим возможность ставить и решать важные инженерно-экологические задачи. Важным обстоятельством в выработке экологически рациональных норм строительства является дифференцированный подход к оценке геологических, геокриологических, гидрологических и других условий строительства, причем как с точки зрения минимальных нагрузок на природные ландшафты. Реальные техногенные нагрузки на компоненты природы при сооружении объектов промышленного или гражданского назначения формируют потенциальные уровни антропогенного изменения биогеоценозов регионального ландшафта. Управление рациональным природопользованием ставит задачу оптимизации структурно-рациональных ограничений на строительный процесс с точки зрения минимального воздействия на природный ландшафт и обеспечения необходимых исходных конструктивно-технологических предпосылок по сохранению экологического баланса в регионе. Решение указанной задачи развивается по двум инженерно-техническим направлениям: • определение области оптимизации качества строительства по заданным экологическим критериям; • определение принципиальных условий создания экологически чистого строительного комплекса по критериям качественно-количественной минимизации техногенных нагрузок на компоненты природного ландшафта. Экологическая защищенность природных ландшафтов в регионе строительства в существенной мере достигается за счет повышения качества и надежности сооружаемых объектов, эффективных технических, технологических и организационных решений и методов. Устойчивость — свойство, внутренне присущее экосистеме, характеризующее способность: • выдерживать изменения, создаваемые внешними воздействиями (например, техногенные воздействия на природный ландшафт); • оказывать сопротивление внешним (техногенным) воздействиям; • обнаруживать способность к восстановлению или самовосстановлению экосистемы. Равновесие — свойство экосистемы сохранять устойчивость в пределах регламентированных границ при антропогенных изменениях природного ландшафта. Неадекватность расчетных моделей реальной экологической обстановке в зоне промышленного освоения территорий приводит к невосполнимым потерям биогеоценозов природного ландшафта.

Так как зона антропогенного изменения  природного ландшафта зависит от характера взаимодействия естественных свойств окружающей среды и искусственно созданных (принудительных) форм техногенного воздействия. Сохранность прир. ландшафтов должна обеспечиваться инженерным обустройством и биологической мелиорацией; постоянным восстановлением растительных сообществ; локализацией очагов повышенной нагрузки на почвенно-растительный покров, регулярным уходом за насаждениями.

Цель биологической рекультивации — снижение или предотвращение последствий техногенных нарушений, предупреждение или ликвидация развития криогенных процессов, закрепления грунтов от ветровой и водной эрозий, создание зеленых ландшафтов, необходимых для жизни людей и животного мира. Категория экологической опасности (уязвимости) природных ландшафтов по степени компенсационных возможностей объектов природы к самовосстановлению:

I — высшая категория опасности  (практическое отсутствие компенсационных  свойств объектов природы);

II —средняя категория  опасности (слабо выраженные компенсационные  свойства);

III—низшая категория  опасности (сильно выраженные  компенсационные свойства объектов  природы).

Формирование антропогенного ландшафта характеризуется количественными  и качественными изменениями в зоне сооружаемого (и действующего) промышленного объекта. По времени формирования и развития антропогенного ландшафта следует выделить в самостоятельные группы факторы, сопровождающие собственно процесс сооружения, и факторы экологического воздействия в процессе эксплуатации промышленного объекта:

1 — предельный антропогенный  уровень; 

2 — стадия формирования  промышленного объекта; 

3 — стадия эксплуатации  промышленного объекта; сохранности  природного слоя почвы; сохранности  растительного покрова;

4 — сохранности гидрогеологического  состояния рельефа; 

5— сохранности естественного  вида ландшафта.

4. Условия функционирования природно-технических экологических систем

 

Развитие строительства  и промышленного производства приводит к повышению влияния техногенных факторов на природную систему и увеличивает риск нарушения экологического равновесия.

Понятие «экологическое равновесие» в природе имеет  глубокий смысл и отражает состояние  и свойства биогеоценоза. Если вследствие антропогенных изменений экологическое равновесие нарушается, то это приводит к значительным диспропорциям в единичных или общих природных явлениях.

Одна из фундаментальных  задач исследования любой экосистемы — точный и достоверный прогноз  возможных последствий нарушений  в природе, возникающих при техногенных воздействиях.

Задачей промышленной экологии является такая организация производства, которая при его строительстве  и эксплуатации обеспечила бы минимальные  потери неживой и живой природы.

Реальная природно-техническая  система в своем совместном функционировании базируется на процессах энерго- и массооб- мена. Со стороны промышленных производств идет поток разнохарактерных техногенных возмущений, которому противодействует реактивный поток со стороны биосферы. Взаимодействие этих потоков обеспечивает уровень антропогенного изменения свойств природных объектов по всей совокупности параметров.

Процесс формирования и  развития конкретной экосистемы характеризуется  закономерным изменением начальных  показателей природной системы.

К ним относятся инженерные решения и мероприятия, в том числе:

- разработка новых безотходных и ресурсосберегающих технологий;

- совершенствование методов обезвреживания техногенных выбросов и создание замкнутых производственных циклов;

- разработка мероприятий по комплексному использованию сырья.

Каждый вид промышленного  техногенеза обладает свойственной ему спецификой воздействия на объекты  природы.

Реальный процесс формирования и развития природно-технической  системы сопровождается закономерным накоплением антропогенных изменений свойств экосистемы во времени. Характер такого взаимодействия показан на рис. 1.

Рис. 1. Схема функциональных переходов экосистемы по стадиям  антропогенных изменений:

 

I— область исходного  состояния экосистемы; II— область  накопления локальных изменений и развития экосистемы; III — предельное состояние; Pz — состояние экосистемы при накоплении в ней антропогенных изменений; т — время

 

Период (т0- т,) отвечает переходу экосистемы из одного состояния в  другое без явного накопления антропогенных изменений. Период (т, – т2) характеризуется переходом из абсолютно устойчивого состояния экосистемы в состояние с незначительными остаточными антропогенными изменениями. Период (т2 – t3) — переход экосистемы в состояние с локальным нарушением равновесия. Период (т3 – тпр) — переход экосистемы в предельное состояние с полным нарушением равновесия.

Р0,…, Рпр — состояние  экосистемы при накоплении в ней  антропогенных изменений в различные  периоды времени.

Область I характеризуется  возможностью полного восстановления природно-технической системы за счет собственных компенсационных возможностей. Область II отвечает условию комплексного восстановления системы за нормативно заданное время: 30 — 50% естественного самовосстановления и 50 — 70% искусственного восстановления. Область III характеризуется комплексным восстановлением системы за пределами нормативного времени за счет частичного (10 — 20% самовосстановления и 80 — 90 % принудительного) восстановления. Область IV отвечает условию полного отсутствия компенсационных возможностей природной среды к самовосстановлению даже за пределами нормативного времени, а также значительными экологическими поте­рями, в том числе и защитных функций.

Физический смысл экологической  безопасности состоит в последовательном суммировании времен перехода системы от начального равновесного состояния (т0) через промежуточные условно равновесные состояния (т, – т3) к предельному состоянию (тпр), характеризующемуся критическим уровнем накопления ан­тропогенных изменений.

В оценке последствий промышленного воздействия на природу важно выявление масштабов этого воздействия, при которых оно не причинило бы вреда человеку и природе. Любое промышленное воздействие на природу характеризуется ответной реакцией со стороны окружающей среды, которая может проявляться в трех формах — адаптационной, восстановительной и невосстановительной.

Адаптационная реакция  предусматривает локальное, статистическое смещение равновесия, в рамках которого окружающая среда продолжает функционировать  в новых условиях.

Восстановительная реакция  отвечает полному или частичному восстановлению свойств экосистемы.

Невосстановительная реакция  соответствует критическому состоянию  окружающей среды.

Переход системы к  экологически экстремальной ситуации возможен при превышении допуска хотя бы одного показателя возмущения.

Рассмотрим характер влияния антропогенных факторов, возникающих в процессе строительства  типового промышленного объекта  и его дальнейшей эксплуатации.

В процессе строительства  допускается определенное антропогенное воздействие, приводящее к изменению ряда природных факторов (рис. 2).

Условие экологического равновесия требует, чтобы к моменту  окончания строительства характеристики состояния природной среды были бы невозрастающими функциями во времени. Если какая-либо характеристика носит неуправляемый характер, то ее монотонное возрастание может привести в процессе эксплуатации к достижению предельного антропогенного уровня, представляющего экологическую опасность.