Экология как биологическая наука и теоретическая база природопользования

Содержание

 

1. Экология  как биологическая наука и  теоретическая база природопользования 2

2. Биосфера, ее вертикальная структура и  качественный состав 3

3. Экологизация  растениеводческой отрасли сельского  хозяйства. 8

4. Список литературы……………………………………………………………10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Экология как биологическая  наука и теоретическая база  природопользования

Как самостоятельная наука  экология сформировалась приблизительно к 1900 г. Термин «экология» был предложен немецким биологом Эрнстом Геккелем в 1869 г. Следовательно, это сравнительно молодая наука. Но именно она переживает в настоящее время период быстрого роста. Экология (от греч. oicos—дом и logos — наука) в буквальном смысле — наука о местообитании. Существует много определений экологии как науки, однако подавляющее большинство современных исследователей считает, что экология — это наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и средой, в которой они обитают. Понятие экологии очень обширно, поэтому в зависимости от акцента на той или иной ее задаче меняется и сама формулировка. Для «долгосрочного употребления» лучшим определением может быть, например, следующее: «Экология — это биология окружающей среды». Один из отечественных экологов А. С. Данилевский давал такое определение: «Экология — наука о структуре и функции экологических систем и о механизмах, обеспечивающих их гомеостазис».

Для последних десятилетий XX в. наиболее подходит одно из определений  экологии, приведенное в полном словаре Уэбстера: «Предмет экологии — это совокупность или структура связей между организмами и средой». Соревнуясь друг с другом в точности и краткости формулировок, авторы забывают, что еще Эрнст Геккель дал этой науке исчерпывающее определение: «Под экологией мы понимаем сумму знаний, относящихся к экономике природы: изучение всей совокупности взаимоотношений животного с окружающей его средой, как органической, так и неорганической, и прежде всего — его дружественных или враждебных отношений с теми животными и растениями, с которыми оно прямо или косвенно вступает в контакт. Одним словом, экология — это изучение всех сложных взаимоотношений, которые Дарвин назвал условиями, порождающими борьбу за существование». Экология, как и всякая наука, имеет два аспекта. Один — это стремление к познанию ради самого познания, и в этом плане на первое место ставится поиск закономерностей развития природы, а также их объяснение; другой - применение собранных знаний для решения проблем, связанных с окружающей средой. Стремительное повышение значимости экологии объясняется тем, что ни один из вопросов огромной практической важности в настоящее время нельзя решить без учета связей между живыми и неживыми компонентами природы.  Практический выход экологии можно видеть, прежде всего, в решении вопросов природопользования; именно она должна создать  научную основу эксплуатации природных ресурсов. Мы можем констатировать, что пренебрежение законами, лежащими в основе естественных природных процессов, привело к серьезному конфликту человека и природы. «Совершенно ясно, — пишет американский эколог Р. Риклефс, что никаких очевидных способов исправить нанесенный природе вред не существует, да и обвинение, предъявляемое человеку за его возмутительное отношение к среде, следует строить не на столь очевидных фактах, как сбрасывание в реки сточных вод, опрыскивание посевов пестицидами, ружья и гарпуны охотников, выхлопные газы автомашин, расползающиеся во все стороны пригороды. Человеку следует предъявить обвинение в том, что он не сумел с должным вниманием отнестись к законам, лежащим в основе экономики природы».

2. Биосфера, ее вертикальная  структура и качественный состав

Согласно современным  представлениям, биосфера — это  своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая  находится в непрерывном обмене с этими организмами.По физическим природным условиям биосфера может  быть подразделена на три среды: атмосферу, гидросферу и литосферу. Основные компоненты геосферы Земли представлены втабл.2.1.

Пределы биосферы обусловлены  прежде всего полем существования  жизни (В..И. Вернадский, 1926). Всю совокупность организмов на планете Вернадский назвал живым веществом, рассматривая в  качестве его основных характеристик  суммарную массу, химический состав и энергию.

Косное вещество, по Вернадскому, — совокупность тех веществ в  биосфере, в образовании которых  живые организмы не участвуют.

Биогенное вещество создается  и перерабатывается жизнью, совокупностями живых организмов. Это источник чрезвычайно  мощной потенциальной энергии (каменный уголь, битумы, известняки, нефть). После  образования биогенного вещества живые  организмы в нем малодеятельны.

Особой категорией является биокосное вещество. В. И. Вернадский (1926) писал, что оно «создается в  биосфере одновременно живыми организмами  и косными процессами, представляя  системы динамического равновесия тех и других». Организмы в  биокосном веществе играют ведущую  роль. Биокосное вещество планеты, таким  образом, — это почва, кора выветривания, все природные воды, свойства которых  зависят от деятельности на Земле  живого вещества. Следовательно, биосфера — это та область Земли, которая  охвачена влиянием живого вещества. Жизнь  на Земле — самый выдающийся процесс  на ее поверхности, получающий живительную  энергию Солнца и вводящий в движение едва ли не все химические элементы таблицы Менделеева.

Биосферу как место  современного обитания организмов вместе с самими организмами можно разделить  на три подсферы: аэробиосферу, населенную аэробионтами, субстратом жизни которых  служит влага воздуха; гидробиосферу  — глобальный мир воды (водная оболочка Земли без подземных вод), населенный гидробионтами; геобиосферу — верхнюю  часть земной коры (литосфера), населенную геобионтами.

Гидробиосфера распадается  на мир континентальных, главным  образом пресных, вод — аквабиосферу (с аквабионтами) и область морей  и океанов —маринобиосферу (с  маринобионтами).

Геобиосфера состоит: из области  жизни на поверхности суши — террабиосферы (с террабионтами), которая подразделяется на фитосферу (от поверхности земли  до верхушек деревьев) и педос-феру (почвы и лежащие под ними подпочвы, нередко сюда включают всю кору выветривания) с педобионтами; узлитобиосферы —  жизни в глубинах Земли (с литобионтами, живущими в порах горных пород). Литобиосфера распадается на два слоя: гипотерра-биосферу — слой, где возможна жизнь аэробов (или подтерраби-осфера) и теллуробиосферу  — слой, где возможно обитание анаэробов (или глубинобиосфера). Жизнь в  толще литосферы существует в  основном в подземных водах.

Подобные слои существуют и в гидробиосфере, но они связаны  главным образом с интенсивностью света. Выделяют три слоя: фотосферу—относительно ярко освещенный, дисфотосферу— всегда очень сумеречный (до 1% солнечной  инсоляции), афо-тосферу — абсолютной темноты, где невозможен фотосинтез.

Лимитирующим фактором развития жизни в аэробиосфере служит наличие  капель воды и положительных температур, а также твердых аэрозолей, поднимающихся  с поверхности Земли. От вершин деревьев до высоты наиболее частого расположения кучевых облаков простирается тропобиосфера (с тропобионтами). Пространство —  это более тонкий слой, чем атмосферная  тропосфера. Выше тропобиосферы лежит  слой крайне разряженной микробиоты — альтобиосфера (с альтобионтами). Над ней простирается пространство, куда жизнь проникает лишь случайно и не часто, где организмы не размножаются, — парабиосфера.

На больших высотах  в горах, там, где уже невозможна жизнь высших растений и вообще организмов-продуцентов, но куда ветры приносят с более  низких вертикальных поясов органическое вещество и где при отрицательных  температурах воздуха еще достаточно тепла от прямой солнечной инсоляции  для существования жизни, расположена  высотная часть террабиосферы —  эоловая зона. Это царство членистоногих  и некоторых микроорганизмов  — эолобионтов. Жизнь в океанах  достигает их дна. Под ним, в базальтах, она едва ли возможна. В глубинах литосферы есть два теоретических  уровня распространения жизни —  изотерма 100°С, ниже которой при нормальном атмосферном давлении вода кипит, а  белки свертываются, и изотерма 460°С, где при любом давлении вода превращается в пар, т. е. в жидком состоянии  быть не может. Жизнь в глубинах Земли  фактически не идет дальше 3—4 км, максимум 6—7 км и лишь случайно в неактивных формах может проникнуть глубже —  в гипобиосферу («под-биосфера» —  аналог парабиосферы в атмосфере). Следует  отметить, что здесь, где залегают биогенные породы, образно выражаясь, следы былых сфер, расположена  метабиосфера. Мета-биосфера, начинаясь  с поверхности Земли, простирается далеко в глубь литосферы, теряясь  там, где процессы метаморфоза горных пород стирают признаки жизни.

Между верхней границей гипобиосферы и нижней парабио-сферы лежит  собственно биосфера — зубиосфера. Ее наиболее насыщенный жизнью слой называют биофильмом, или, по В. И. Вернадскому (1926), «пленкой жизни».

Выше парабиосферы расположена  апобиосфера, или «над-биосфера», где  сравнительно обильны биогенные  вещества (ее верхняя граница трудноуловима). Под метабиосферой расположена  абиосфера («небиосфера»).

Весь слой нынешнего или  прошлого воздействия жизни на природу  Земли называют мегабиосферой, а  вместе с артебио-сферой (пространством  человеческой экспансии в околоземной  космос) — панбиосферой.

Таким образом, «поле существования  жизни», особенно активной, по новейшим данным, ограничено в вертикальном пределе высотой около 6 км над  уровнем моря, до которой сохраняются  положительные температуры в  атмосфере и могут жить хлорофилло-носные растения (6,2 км в Гималаях). Выше, в  эоловой зоне, обитают лишь жуки, ногохвостки и некоторые клещи, питающиеся зернами растительной пыльцы, спорами растений, микроорганизмами и другими органическими частицами, заносимыми ветром и т. д. Еще выше живые организмы попадают лишь случайно (микроорганизмы могут сохранять  жизнь в виде спор). Нижний предел существования активной жизни традиционно  ограничивают дном океана и изотермой 100°С в литосфере, расположенными соответственно на отметках около 11 км и, по данным сверхглубокого бурения на Кольском полуострове, около  б км. Фактически жизнь в литосфере  распространена до глубины 3—4 км. Таким  образом, вертикальная мощность биосферы в океанической области Земли  достигает более 17 км, в сухопутной — 12 км. Парабиосфера еще более асимметрична, поскольку верхнюю ее границу  определяет озоновый экран. Более значительны  колебания толщи мегабиосферы, охватывающей осадочные породы, но она не опускается на материках глубже отметок самых  больших глубин океана, т. е. 11 км (здесь  температура достигает 200°С), и не поднимается выше наибольших плотностей озонного экрана (22—24 км), следовательно, ее максимальная толщина 33—35км.

Теоретически пределы  биосферы шире, поскольку в гидротермах  дна океана (их назвали «черными курильщиками» из-за темного цвета  извергающихся вод) на глубинах около 3 км обнаружены организмы при температуре  до 250°С

3. Экологизация растениеводческой  отрасли сельского хозяйства.

Главный ресурс агроэкосистемы — почва. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества —  гумуса, содержания доступных растениям  питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой,  реакции  почвенного  раствора, содержания в  нем ионов токсичных солей.

Гумус  —  кладовая   плодородия.   Он   образуется   микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и  животных.  Запас  гумуса  зависит  от мощности гумусового слоя и от процентного содержания гумуса в нем.  Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1  м,  а  у  лесных  почв (подзолистых, серых) она составляет 10—30 см. Содержание гумуса в этом  слое у черноземов 6—10%, у лесных почв — 2—4%.      Другая группа  микроорганизмов  высвобождает  из  гумуса  в  почвенный раствор питательные  элементы.  Среди  них  различают  дакроэледентм  (азот, фосфор,  кадий),  которые  требуются  растениям  в  большом  количестве,   и  микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и  др.),  которых  растениям  нужно немного.  Все  питательные  элементы  поглощаются  из почвенного   раствора корнями растений и выносятся  из почвы с урожаем. Поэтому, если  в  почву  не вносить  удобрений  (навоз,  минеральные  удобрения),  то  запасы  элементов питания  в ней иссякнут.

На плодородие почвы влияет ее обеспеченность влагой. Урожай  снижается  при недостатке влаги, что бывает в засушливые годы. Особенно часты  засухи  в южных степных районах. В этих районах плодородие снижается  и  в  результате засоления  почв.  В  почвенном  растворе  содержатся  воднорастворимые  соли (хлориды,  сульфаты,  сода),   препятствующие   росту   сельскохозяйственных растений. В Европейском Нечерноземье плодородие почв снижается из-за  кислой реакции  почвенного раствора, что  затрудняет  поглощение  корнями  элементов

питания.

При рациональном природопользовании  для  сохранения  плодородия  почв используются следующие приемы:

Борьба с  эрозией  —  смывом  или  сдуванием  поверхностного  наиболее плодородного слоя почвы. Для этого земли на  склонах  засевают  многолетними травами,  которые  образуют  дернину,  защищающую   поверхность   почвы   от разрушения водой и ветром. Применяют  специальные  приемы  обработки  почвы, сохраняющие на ее поверхности часть  жнивья  (того,  что  остается  на  поле после скашивания однолетних  культур).  На  склонах  обработку  почвы  ведут поперек  склона,  и   каждая   бороздка   становится   маленькой   плотиной, препятствующей отеканию воды со взвешенными в ней почвенными частицами.  Для предотвращения ветровой эрозии используют кулисы —  полосы  из  высокорослых растений (подсолнечник, кукуруза), которые сохраняют на  поде  после  уборки урожая. Кулисы  располагаются  поперек  направления  господствующих  ветров. Особый вид эрозии — образование оврагов. Для  предотвращения  или  остановки этого процесса проводят специальные посадки леса.

Применение   органо-минеральных   удобрений.   При   внесении   только минеральных   удобрений,   особенно   в   высоких   дозах,    активизируются микроорганизмы,   разрушающие   гумус,   а   деятельность   микроорганизмов- гумификаторов подавляется. В результате запас плодородия в почве  снижается. Если  минеральные  удобрения  вносятся   невысокими   дозамиодновременно   с органическими  удобрениями  (в  первую  очередь  —  с  навозом),  этого   не происходит.  Гумус  не  разрушается,  а   питательные   вещества   удобрений  поступают в почвенный раствор  и повышают урожай.

4. Список литературы

1. Бродский А. К. Общая экология. – М.Ж: Академия, 2008.

2. Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с

3. Современные проблемы отрасли растениеводства и их практические решения: 2007г./ Под ред. Бабича Н.Н, Пугачева Г.Н, 2007. – 344с.