Биосфера и цивилизация
еского вещества, определяет
продуктивность сообществ. Органическую массу, создаваемую растениями за
единицу времени, называют первичной продукцией сообщества. Продукцию
выражают количественно в сырой или сухой массе растений либо в
энергетических единицах - эквивалентном числе джоулей[1].
Валовая первичная продукция - количество вещества, создаваемого растениями
за единицу времени при данной скорости фотосинтеза. Часть этой продукции
идет на поддержание жизнедеятельности самих растений (траты на дыхание).
Эта часть может быть достаточно большой, она составляет от 40 до 70%
валовой продукции. Оставшаяся часть созданной органической массы
характеризует чистую первичную продукцию, которая представляет собой
величину прироста растений, энергетический резерв для консументов и
редуцентов. Перерабатываясь в цепях питания, она идет на пополнение массы
гетеротрофных организмов. Прирост за единицу времени массы консументов -
это вторичная продукция сообщества. Ее вычисляют отдельно для каждого
трофического уровня, т.к. прирост массы на каждом из них происходит за счет
энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические
цепи, живут в конечном итоге за счет чистой первичной продукции сообщества.
В разных экосистемах они расходуют её с разной полнотой. Если скорость
первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений, то
это ведет к постепенному увеличению общей биомассы продуцентов. Под
биомассой понимают суммарную массу организмов данной группы или всего
сообщества в целом. Часто биомассу выражают в эквивалентных энергетических
единицах.
Недостаточная утилизация продуктов опада в цепях разложения имеет
следствием накопление органического вещества, что происходит, например, при
заторфовывании болот, зарастании мелководных водоемов. Биомасса сообщества
с уравновешенным круговоротом веществ остается относительно постоянной,
т.к. практически вся первичная продукция тратится в целях питания и
размножения[1].
Важнейшим практическим результатом энергетического подхода к изучению
экосистем явилось осуществление исследований по Международной биологической
программе, проводившихся учеными разных стран мира начиная с 1969 года в
целях изучения потенциальной биологической продуктивности Земли.
Мировое распределение первичной биологической продукции крайне
неравномерно. Самый большой абсолютный прирост растительного мира достигает
в среднем 25 г в день в очень благоприятных условиях. На больших площадях
продуктивность не превышает 0,1 г/м (жаркие пустыни и полярные пустыни).
Общая годовая продукция сухого органического вещества на Земле составляет
150-200 млрд. тонн. Около трети его образуется в океанах, около двух третей
- на суше. Почти вся чистая первичная продукция Земли служит для
поддержания жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия,
недоиспользованная консументами, запасается в их телах, органических
осадках водоемов и гумосе почв.
Эффективность связывания растительностью солнечной радиации снижается при
недостатке тепла и влаги, при неблагоприятных физических и химических
свойствах почвы и т.п. Продуктивность растительности изменяется не только
при переходе от одной климатической зоны к другой, но и в пределах каждой
зоны.
Для пяти континентов мира средняя продуктивность различается сравнительно
мало. Исключением является Южная Америка, на большей части которой условия
для развития растительности очень благоприятные.
Питание людей обеспечивается в основном сельскохозяйственными культурами,
занимающими приблизительно 10% площади суши (около 1,4 млрд. га). Общий
годовой прирост культурных растений составляет около 16% от всей
продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.
Приблизительно 1/2 урожая идет непосредственно на питание людей, остальная
часть - на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется
в отбросах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли.
Растительная пища обходится для людей энергетически дешевле, чем животная.
Сельскохозяйственные площади при рациональном использовании и распределении
продукции могли бы обеспечить примерно вдвое большее население Земли, чем
существующее. Но это требует больших затрат труда и капиталовложений.
Особенно трудно обеспечить население вторичной продукцией. В рацион
человека должно входить не менее 30 г белков в день. Имеющиеся на Земле
ресурсы, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в
океане, могут обеспечить ежегодно около 50% потребностей современного
населения Земли. Большая часть населения Земли находится, таким образом, в
состоянии белкового голодания, а значительная часть людей страдает также и
от общего недоедания[1].
Таким образом, увеличение биопродуктивности экосистем, и особенно вторичной
продукции, является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.
5. Антропогенные воздействия на биосферу.
5.1. Современное состояние природной среды.
Глобальные процессы образования и движения живого вещества в биосфере
связаны и сопровождаются круговоротом вещества и энергии. В отличие от
чисто геологических процессов биогеохимические циклы с участием живого
вещества имеют значительно более высокие интенсивность, скорость и
количество вовлеченного в оборот вещества.
С появлением и развитием человечества процесс эволюции заметно
видоизменился. На ранних стадиях цивилизации вырубка и выжигание лесов для
земледелия, выпас скота, промысел и охота на диких животных, войны
опустошали целые регионы, приводили к разрушению растительных сообществ,
истреблению отдельных видов животных. По мере развития цивилизации,
особенно после промышленной революции конца средних веков, человечество
овладевало все большей мощью, все большей способностью вовлекать и
использовать для удовлетворения своих растущих потребностей огромные массы
вещества - как органического, живого, так и минерального, косного.
Настоящие сдвиги в биосферных процессах начались в XX веке в результате
очередной промышленной революции. Бурное развитие энергетики,
машиностроения, химии, транспорта привело к тому, что человеческая
деятельность стала сравнима по масштабам с естественными энергетическими и
материальными процессами, происходящими в биосфере. Интенсивность
потребления человечеством энергии и материальных ресурсов растет
пропорционально численности населения и даже опережает его прирост.
В.И.Вернадский писал: "Человек становится геологической силой, способной
изменить лик Земли". Это предупреждение пророчески оправдалось. Последствия
антропогенной (предпринимаемой человеком) деятельности проявляется в
истощении природных ресурсов, загрязнения биосферы отходами производства,
разрушении природных экосистем, изменении структуры поверхности Земли,
изменении климата. Антропогенные воздействия приводят к нарушению
практически всех природных биогеохимических циклов[1].
В соответствии с плотностью населения меняется и степень воздействия
человека на окружающую среду. При современном уровне развития
производительных сил деятельность человеческого общества сказывается на
биосфере в целом.
5.2. Атмосфера - внешняя оболочка биосферы. Загрязнение атмосферы.
Масса атмосферы нашей планеты ничтожна - всего лишь одна миллионная массы
Земли. Однако роль ее в природных процессах биосферы огромна: она
определяет общий тепловой режим поверхности нашей планеты, защищает ее от
вредных воздействий космического и ультрафиолетового излучений. Циркуляция
атмосферы оказывает влияние на местные климатические условия, а через них -
на режим рек, почвенно-растительный покров, процессы рельефообразования.
Современный состав атмосферы - результат длительного исторического развития
земного шара. Состав атмосферы - кислород, азот, аргон, углекислый газ и
инертные газы.
В процессе своей деятельности человек загрязняет окружающую среду. Над
городами и промышленными районами в атмосфере возрастает концентрация
газов, которые обычно в сельской местности содержатся в очень небольших
количествах или совсем отсутствуют. Загрязненный воздух вреден для
здоровья. Кроме того, вредные газы, соединяясь с атмосферной влагой и
выпадая в виде кислых дождей, ухудшают качество почвы и снижают урожай.
По данным ученых ежегодно в мире в результате деятельности человека в
атмосферу поступает 25,5 млрд. т оксидов углерода, 190 млн. т оксидов серы,
65 млн. т оксидов азота, 1,4 млн. т фреонов, органические соединения
свинца, углеводороды, в том числе канцерогенные, большое количество твердых
частиц (пыль, копоть, сажа)[3].
Глобальное загрязнение атмосферного воздуха сказывается на состоянии
природных экосистем, особенно зеленого покрова нашей планеты.
Кислотные дожди, вызываемые главным образом диоксидом серы и оксидами
азота, наносят огромный вред лесным биоценозам. От них страдают леса,
особенно хвойные.
Основная причина загрязнения атмосферы - сжигание природного топлива и
металлургическое производство. Если в XIX и начале ХХ века поступающие в
окружающую среду продукты сгорания угля и жидкого топлива почти полностью
ассимилировались растительностью Земли, то в настоящее время содержание
продуктов сгорания неуклонно возрастает. Из печей, топок, выхлопных труб
автомобилей в воздух попадает целый ряд загрязняющих веществ. Среди них
выделяется сернистый анг
| |  скачать работу |
Биосфера и цивилизация |
