Свет и его роль в жизни организмов. Фотопериодизм. Биоклиматический закон Хопкинса

Человек любит мясо. «Передвинем» его на следующий трофический уровень – уровень плотоядных (на схеме). В этом случае между человеком и солнечной энергией появится еще один посредник – травоядные животные.

Травоядные животные теоретически могут получать только 15 ккал/м2 в сутки энергии, содержащихся в ЧПП. Но часть продукции не будет ими использована (NU–неиспользуемаяэнергия), а часть съеденной продукции не будет усвоена (NA–неассимилированная, выделяемая с экскрементами энергия). Эта часть энергии «перетечет» в детритную пищевую цепь. Только 3 из 15 ккал/м2 в сутки будут ассимилированы травоядными животными (А– энергия ассимилированнойпродукции). Но около половины ассимилированной продукции будет израсходовано на процессы жизнедеятельности самих животных (расходы на гетеротрофноедыхание, Rh), а выход собственновторичнойпродукции(Р) составит всего 1,5 ккал/м2 в сутки.

Таким образом, два посредника оставляют человеку всего 1,5 из поступающих 3000 ккал/м2 в сутки (или 0,05%) солнечной энергии! В частности, это означает, что любители мяса должны позаботиться и о земельном участке площадью не менее 0,2 га, а с учетом неизбежных отходов, потерь и неблагоприятного для фотосинтеза периода – более 0,5 га на каждого едока!

Вот почему население беднейших стран питается почти исключительно растительной пищей – меньше посредников. Вот почему крупные хищники имеют такие большие охотничьи участки.

Вернёмся к схеме потока энергии (рис. 9.4) и ответим на некоторые вопросы.

1. Почему схема называется  упрощённой?

- На схеме не показана  детритная пищевая цепь и сложный  характер «перетекания энергии»  между пастбищной и детритной  пищевой цепью и различными «блоками» системы. Известно, что в экосистемах большая часть энергии «течет» именно в детритной пищевой цепи! Прямое изъятие травоядными более 30 – 50% прироста наземной растительности ведет к деградации экосистемы. Постоянство биомассы на разных трофических уровнях – это тоже упрощение.

2. Соблюдаются ли законы  термодинамики в приведенной  модели?

- Безусловно, да. Поступление  энергии к любому из блоков (приход) точно уравновешивается  ее расходом. Если бы «трубы»  были изображены в соответствующем  масштабе, то диаметр любой входящей трубы был бы равен сумме диаметров выходящих труб (в соответствии с законом сохранения энергии). Трансформация энергии каждым из блоков сопровождается ее потерями в виде тепла. Поэтому КПД трансформации энергии всегда меньше 100%.

3. Если энергия не исчезает, то почему не может существовать  круговорот энергии в экосистеме? И почему мы говорим о потерях энергии в виде тепла?

- Энергия не исчезает. Но та часть энергии, которая  переходит в форму тепловой  энергии, уже не может использоваться растениями (или другими организмами) для синтеза органического вещества. В этом смысле мы говорим о «потерях» тепловой энергии. В этом причина однонаправленного потока, а не круговорота энергии.

4. Всегда ли в экосистемах  только 10% ЧПП трансформируется во вторичную продуктивность травоядных и так далее (закон Линдемана)?

- Нет. На схеме приведены  лишь характерные величины эффективности  трансформации энергии. В моделях, описывающих конкретные экосистемы, числовые значения могут быть  иными, хотя порядок величин останется прежним.

5. Безразлично ли человеку  с какой пищей (не принимая  в расчет вкусовых качеств) получать  «свои» ~ 2600 – 3000 ккал в сутки?

- Нет. Качество пищи имеет  не меньшее значение, чем ее  калорийность. Определенное количество  так называемых незаменимыхаминокислот, незаменимых жирных кислот и витаминов человек должен получать в готовом виде с пищей (эти вещества не могут синтезироваться в клетках человека). Нетрудно догадаться, что именно эти незаменимые вещества и содержатся, как правило, в дорогостоящих продуктах питания (животной пище или заморских фруктах зимой).

 

3. Здоровье человека и факторы его формирующие.

К факторам среды, формирующим здоровье населения, относятся: общие особенности природных условий; состояние водных ресурсов и атмосферного воздуха; состав и состояние растительного и животного мира; устойчивость естественных экосистем и возможности проявления чрезвычайных ситуаций природного характера; хозяйственная деятельность человека и ее влияние на окружающую среду; радиационно опасные объекты и радиационное загрязнение; социально-бытовые и производственные условия и некоторые другие.

В России наиболее плотно заселены центр и юг европейской части. Число дней с температурами воздуха ниже нуля колеблется здесь в пределах 60-150, то есть от 2 до 5 месяцев в году температура воздуха не поднимается выше нуля. Это значительно отличается от тех условий, в которых живет население Западной Европы, где зимние температуры редко опускаются ниже нуля. Максимальная продолжительность зимы достигает в России 300 дней (на арктических островах), минимальная – 60 дней (в Дагестане).

Так называемую «жесткость климата» определяет частота ветров в зимний период силой более 10 м/сек. Наиболее высок этот показатель в приморских районах севера России и в зоне Прикаспия.

Для оценки благоприятности или неблагоприятности климатических условий кроме названных выше двух показателей – продолжительность зимы и частота сильных зимних ветров – используют и некоторые другие. Такие, как температурный баланс территории, количество осадков, влажность и некоторые другие. Очень важными являются факторы, определяющие эффективность сельскохозяйственного производства, то есть возможности территории для производства продуктов питания.

Хозяйственная деятельность человека вносит свой вклад в формирование здоровья населения за счет загрязнения и разрушения природной среды и истощения природных ресурсов.

Оказывая негативное воздействие на окружающую среду, человек сам же страдает от этого, так как вынужден пользоваться питьевой водой из загрязненных им же источников, выращивать сельскохозяйственную продукцию на загрязненных и истощенных почвах, дышать воздухом, в котором содержится значительное количество токсичных и канцерогенных примесей.

К питьевой воде предъявляются следующие требования. Она должна быть безопасной: в ней должны отсутствовать болезнетворные микроорганизмы. Она должна быть безвредной – в ней должны отсутствовать вредные химические примеси. Она должна быть эстетичной – прозрачной, без запаха и вкуса. Но это – должно быть. А как на самом деле?

Известно, что вода Волги по пути от истока к устью несколько раз полностью забирается для бытовых и хозяйственных нужд и возвращается в виде загрязненных стоков. Только благодаря не до конца еще утраченной естественной способности к самоочищению волжская вода может использоваться для питьевых нужд. Причем во многих небольших населенных пунктах волжская вода используется в этих целях без какой либо обработки.

Не лучше ситуация с питьевой водой и в других регионах. В настоящее время около 50% населения России использует для питья воду, не соответствующую гигиеническим требованиям. По данным Всемирной Организации Здравоохранения около 80% всех инфекционных заболеваний в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды. Общее количество людей, болеющих в связи с использованием загрязненной воды на планете, приближается к двум миллиардам. Через загрязненную микроорганизмами питьевую воду передаются такие заболевания как холера, брюшной тиф, дизентерия, гепатит и многие другие, в том числе и гельминтные заболевания.

Химическое загрязнение питьевой воды приводит к попаданию в организм человека в малых дозах и накоплению в нем таких опасных веществ, как тяжелые металлы, ядохимикаты, диоксины и многие другие. Они могут стать причиной онкологических. заболеваний, астмы и т.д.

Для получения максимального количества сельскохозяйственной продукции применяется большое количество химических удобрений и ядохимикатов. При выращивании домашних животных все чаще и чаще используются кормовые добавки, которые тоже не безопасны для человека, потребляющего эту продукцию. Ядохимикаты и другие загрязняющие сельскохозяйственную продукцию вещества, как правило, накапливаются в сельхозпродукции и с ней поступают в организм человека. Кроме того, при переработке продукции растениеводства и животноводства используется большое количество вкусовых добавок и красителей. Они также не всегда безопасны для здоровья человека.

Для лечения заболеваний человек использует большое количество лекарственных препарат.Первоначально они готовились из естественных продуктов – природных минералов, растений, иногда, животных. Но с развитием химических и микробиологических технологий стали появляться препараты, отсутствующие в естественной природе. Многие новые лекарственные препараты позволили людям взять под контроль и значительно сократить распространение большого количества опасных заболеваний.

Однако химические препараты не всегда благоприятно воздействуют на организм человека. Многие из них имеют побочное действие. Кроме того, бесконтрольное применение препаратов, часто несовместимых друг с другом, становится неблагоприятным фактором, влияющим на здоровье человека. Очень часто отрицательные последствия, вызванные чрезмерным или непродуманным использованием лекарственных средств, накладываются и усиливаются влиянием загрязнения окружающей среды (питьевой воды, атмосферного воздуха, пиши).

Особая среда обитания человека возникает в городах и других крупных населенных пунктах. Комфортные условия жизни в городах часто сопровождаются целым комплексом неблагоприятных для человека им же созданных факторов. Это связано не только с тем, что в городах сконцентрированы промышленное производство и транспорт, сильно загрязняющие городскую среду. Вследствие использования искусственного освещения изменяется естественный ритм жизни человека. Строительные материалы и детали мебели часто также оказывают неблагоприятное воздействие на организм человека выделением различных токсичных веществ и ионизирующим излучением. Шум, вибрация и другие неблагоприятные факторы физической природы оказывают неблагоприятное влияние на здоровье.

Экология городских популяций человека изучена еще недостаточно хорошо. Однако имеющиеся данные свидетельствуют о том, что здесь идет интенсивный отбор индивидуумов, наиболее приспособленных к городской среде. Но эти процессы сопровождаются относительно высокой смертностью городского населения от болезней и различных аварийных ситуаций.

 

4. Защита биотических сообществ. Особо охраняемые природные территории. Красные книги.

К наиболее эффективным формам охраны биотических сообществ, а также всех природных экосистем следует отнести государственную систему особо охраняемых природных территорий.

Особо охраняемые природные территории (ООПТ) ¾ это участки суши или водной поверхности, которые в силу своего природоохранного и иного значения, полностью или частично изъяты из хозяйственного пользования и для которых установлен режим особой охраны.

Особо охраняемые природные территории, закон о которых был принят Государственной Думой 15 февраля 1995 г., предназначены для поддержания экологического баланса, сохранения генетического разнообразия природных ресурсов, наиболее полного отражения биогеоценотического разнообразия биомов страны, изучения эволюции экосистем и влияния на них антропогенных факторов, а также для решения различных хозяйственных и социальных задач.

Согласно закону различают следующие основные категории указанных территорий:

А) государственные природные заповедники, в том числе биосферные;

Б) национальные парки;

В) природные парки;

Г) государственные природные заказники;

Д) памятники природы;

Е) дендрологические парки и ботанические сады.

Государственные природные заповедники ¾ участки территории, которые полностью изъяты из обычного хозяйственного использования с целью сохранения в естественном состоянии природного комплекса.

По Ф. Р. Штильмарку заповедник есть территория, на которой люди сознательно и добровольно прекращают всякую свою деятельность, всякое вмешательство в природные процессы, чтобы сравнивать последствия такого заповедания с освоенными землями.

В основу природно-заповедного дела положены следующие основные принципы:

¨ создание в заповедниках как своеобразных «эталонах» природы условий, необходимых для сохранения и развития всех видов животных и растений;

поддержание экологического равновесия ландшафтов путем охраны природных экосистем;

¨ возможность изучать эволюцию природных экосистем как в региональном, так и в более широком биогеографическом плане; решать многие аутэкологические и синэкологические вопросы;

сеть заповедных объектов должна отображать широтно-меридиональные, а в горных регионах ¾ высотные закономерности распространения экосистем;

¨ включение в сферу деятельности заповедников социально-экономических вопросов, связанных с удовлетворением рекреационных, краеведческих и иных нужд населения (Бондаренко и др., 1986).

Заповедники рассматривают и как природные комплексы, изъятые из хозяйственного оборота, и как научно-исследовательские учреждения, выполняющие научные, охранительные, культурно-просветительские и иные функции.

В 1997 г. в России насчитывалось 95 заповедников, общей площадью 310,27 тыс. км2, что составляет 1,53% всей территории России. Самые крупные из них Таймырский и Усть-Ленский, площадь каждого из них превышает 1,5 млн га. Уникальны по разнообразию растительного и животного мира нетронутые человеком уголки природы в Тебердинском (рис. 20.16), Алтайском, Кроноцком (Камчатка), Воронежском и других заповедниках нашей страны.