Размещено на http://www.allbest.ru/

Разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему Санкт-Петербурга

Оглавление

• Введение 3
• 1. Литературный обзор 4
• 1.1 Обоснование необходимости разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему мегаполиса на примере Санкт-Петербурга 4
• 2. Разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему мегаполиса на примере Санкт-Петербурга 8
• 2.1 Структурные и функциональные особенности 9
• 2.2 Оценка биотических компонентов биогеоценоза 9
• 3. Оценка абиотических компонентов биогеоценоза 23
• 3.1 Оценка почв 23
• 3.2 Оценка водоисточников 24
• 3.3 Оценка атмосферы 25
• 4. Оценка функционального состояния биогеоценоза 28
• 4.1 Пищевые цепи и их патологические отклонения от норм 28
• 4.2 Изменения в биологических круговоротах веществ в следствии загрязнения биогеоценоза или недостатка макро и микроэлементов или избытка 31
• 4.3 Загрязнение среды металлическими телами 32
• 5. Оценка межбиотических связей вокруг биоценоза 33

6. Механизм круговорота веществ биогеоценоза 38

Выводы 47

Список литературы 48

Введение

Целью дипломной работы является разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему Санкт-Петербурга.

Для решения поставленной цели определены следующие задачи:

- рассмотреть актуальность темы, представить характеристику объекта исследования, рассмотреть основные методы определения уровня антропогенного влияния на экосистему;

- выявить и проанализировать закономерности антропогенного влияния на экосистему Санкт-Петербурга, сделать вывод об уровне антропогенного влияния на экосистему мегаполиса;

- выявить, проанализировать вредные и опасные производственные факторы, действующие во время выполнения дипломной работы, составить инженерную инструкцию по противодействию этим факторам;

- составить бизнес-план по теме дипломной работы.

1. Литературный обзор

В литературном обзоре рассмотрена актуальность темы; представлены характеристика объекта исследования; рассмотрены основные методы определения уровня антропогенного влияния на экосистему.

1.1 Обоснование необходимости разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему мегаполиса на примере Санкт-Петербурга

Антропогенное воздействие на природу - прямое осознанное или косвенное и неосознанное воздействие человека и результатов его деятельности, вызывающее изменение природной среды и естественных ландшафтов.

Влияние человека на природу в условиях мегаполиса носит сложный характер, так как в изменении структуры и динамики экосистем резко возрастает роль случайных факторов, нередко приводящих к катастрофам с многочисленными человеческими жертвами. Об этом впервые официально заявлено на Стокгольмской экологической конференции в 1972 г. и этим объясняется повальная экологизация, как самой науки, так и других направлений человеческой деятельности, экологизация всевозможных производств, связанных с потреблением природных ресурсов.

Возникающие в связи с этим проблемы выходят за рамки частных и многих комплексных биологических наук, приобретают направленный социальный и политический характер (движения "зеленых", борьба за охрану природы, постановка экологических вопросов в повестки дня политических организаций, и пр.). Решение их должно включать все естественные науки вкупе с хозяйственно-экономическими, социальными, политическими аспектами.

Изучение природы на уровне экосистем и в первую очередь биогеоценозов становится более актуальной.

В настоящее время биогеоценологическое изучение живой природы становится одним из основных направлений промышленной экологии. Идеи биогеоценологии находят отклик в эволюционном учении, физической географии, геоботанике, зоологии, микробиологии, лесоводстве, почвоведении, океанологии и т.д.

Смысл и сущность биогеоценологии раскрывается в самом определении центрального понятия, данном В.Н. Сукачевым: «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 взаимодействий этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и с другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии» [Основы лесной биогеоценологии, 1964, с. 23].

Таким образом, исходя из этого определения, основными задачами исследования биогеоценоза являются:

- изучение его компонентов;

- их взаимосвязи и связи со средой существования;

- одновременно изучение процессов обмена веществом и энергией между ними.

Из конкретного содержания этого понятия также следует необходимость комплексного подхода к изучению биогеоценозов на базе организации стационарных, экспериментальных исследований.

Только биогеоценотический подход, т.е. изучение количественных характеристик взаимосвязей в комплексах живых организмов, взаимоотношений организмов между собой, а также между живой составляющей природных комплексов и неживой природой, дает практически неограниченные возможности для системного видения вещественных и энергетических взаимосвязей.

Он позволяет сравнивать между собой разные типы биогеоценозов, разные ландшафты, разные системы, строить общие модели и выходить на самый высокий - биосферный уровень, решая задачи уже не регионального, а глобального масштаба.

Зная законы формирования и функционирования экосистем, можно влиять на них, можно предвидеть и предупредить их разрушение в результате воздействия на них негативных факторов, рационально использовать природные ресурсы и предусмотреть охранные мероприятия, а в итоге - сохранить среду обитания человека, как вида.

Примером таких исследований являются международные экологические программы МБП (Международная Биологическая Программа) и ЧиБ (Человек и Биосфера). Работа по МБП велась в 60-80-гг. XX в., в СССР - с середины 70-х гг.

Необходимость разработки Международной Биологической Программы обосновывается следующими фактами:

- на это время пришлось бурное развитие научно-технического прогресса;

- началось усиление антропогенного пресса на природу, вызвавшее быстрое и необратимое разрушение природных систем (лунные ландшафты, черные бури, и др.);

- в сферу урбанизации, т.е. в хоз. деятельность, биологические ресурсы вовлекались в таких количествах, что это вызвало тревогу за их состояние;

- возникла необходимость в прогнозировании последствий влияния антропогенного фактора на природные комплексы в каждом регионе и в на планете в целом;

- отсутствовали даже примитивные оценки биологических ресурсов.

Цель Международной Биологической Программы - накопление фактического материала по первичной продуктивности для разных типов экосистем в разных регионах и в биосфере в целом

Задачи:

1 - разработать единые методики (в СССР под руководством В.Н. Сукачева и Н.В. Дылиса составлена «Программа и методика биогеоценологических исследований», основное руководство и поныне», 1974);

3 - определение запасов, фракционной структуры растительной массы, как основы всех видов биоресурсов, конкретных биогеоценозов в разных регионах;

2 - последующая интеграция полученных данных (вышло очень много сводок, монографий по первичной продуктивности);

4 - построение моделей продукционных процессов.

На протяжении нескольких десятилетий ведутся исследования по программе ЧиБ - разные направления мониторинга, моделирование, расширяются стационарные исследования разного уровня и т.д.

2. Разработка методики оценки уровня антропогенного влияния на экосистему мегаполиса на примере Санкт-Петербурга

Анализ литературных данных показал, что наиболее целесообразно проводить оценку уровня антропогенного влияния на экосистему по следующему плану:

- оценить географическое положение биогеоценоза;

- выявить структурные и функциональные особенности биогеоценоза;

- провести оценку биотических компонентов биогеоценоза (оценку флоры и фауны; выявить возбудителей или инвазий в биогеоценозе, выявить переносчиков возбудителей, а также наличие источника возбудителя инфекции и инвазии);

- провести оценку абиотических компонентов биогеоценоза (почв, водоисточников, атмосферы);

- провести оценку функционального состояния биогеоценоза (пищевые цепи и их патологические отклонения от норм; изменения в биологических круговоротах веществ вследствие загрязнения биогеоценоза или недостатка макро и микроэлементов или избытка;;

- оценить межбиотические взаимодействия вокруг биогеоценоза;

- представить механизм круговорота веществ биогеоценоза (круговорот воды, фосфора, азота, кислорода).

Предлагаемая методика основана на единой методике, изложенной «Программа и методика биогеоценологических исследований» (в СССР под руководством В.Н. Сукачева и Н.В., 1974).

2.1 Структурные и функциональные особенности

В состав биогеоценоза входят следующие компоненты: атмосфера, горная порода, вода, животный и растительный мир и микроорганизмы.

Структурно-функциональная организация биогеоценотических систем определяется и контролируется не только внутренними взаимодействиями их материальных компонентов, но и окружающей физико-географической средой.

Преобладают зоны избыточного увлажнения, преобладают мятлик обыкновенный и луговой, шучка, полевица собачья и белая, осока, гравилат, таволга, лапчатка.

2.2 Оценка биотических компонентов биогеоценоза

Основным понятием и основной таксономической единицей в экологии является биогеоценоз. Этот термин введен в употребление академиком В.Н. Сукачевым в 1942 г, т. е. более полувека спустя после выделения экологии как отрасли научных знаний (1866).

Биогеоценоз - однородный участок земной поверхности с определённым составом живых (биоценоз) и неживых (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и др.) компонентов, объединённых обменом вещества и энергии в единый природный комплекс. Совокупность биогеоценозов образует биогеоценотический покров Земли, т. е. всю биосферу, а отдельные биогеоценозы представляет собой её элементарную единицу [1, с. 68].

Понятие биогеоценоза, введенное В.Н. Сукачёвым, получило распространение главным образом в отечественной литературе. За рубежом, особенно в англоязычных странах, в аналогичном значении чаще используют термин <экосистема>, хотя последний более многозначен и употребляется также по отношению к искусственным комплексам организмов и абиотических компонентов (аквариум, космический корабль) и к отдельным частям биогеоценоза (например, гниющий пень в лесу со всеми населяющими его организмами). Экосистемы могут иметь произвольные границы (от капли воды до биосферы в целом), в то время как биогеоценозы всегда занимают определенную территорию.

Совокупность всех живых организмов биогеоценоза - биоценоз - включает продуцентов (главным образом зелёные растения), образующих органическое вещество, а также консументов (животные) и редуцентов (микроорганизмы), живущих эа счёт готовых органических веществ и осуществляющих их разложение до простых минеральных компонентов, снова потребляемых растениями. В биогеоценоз входят также: приземный слой атмосферы с её газовыми и тепловыми ресурсами, почва, вода, все химические компоненты, вовлечённые в биотический круговорот. Постоянный приток солнечной энергии - необходимое условие существования биогеоценоза. Каждый биогеоценоз характеризуется определённой однородностью абиотических условий и составов биоценоза, т. е. в его пределах не проходит резких биоценотических, микроклиматических, почвенных и гидрологических границ.

Отдельные биогеоценозы связаны между собой потоками вещества и энергии (главным образом стоком минеральных и органических веществ с водой, но также движениями воздушных масс и миграциями животных).

Биогеоценозы - динамичная система, в ходе развития которой с постепенным замедлением происходит накопление массы живого вещества и усложнение её структуры. Вместе с тем биогеоценозам присуща определённая устойчивость во времени, являющаяся результатом длительной адаптации живых компонентов друг к другу и к компонентам косной среды. Рациональное использование и охрана природных биогеоценозов невозможны без знания их структуры и функционирования.

Биогеоценозы обычно включают два блока. Первый из них состоит из взаимосвязанных организмов разных видов, второй блок составляет среда обитания, которую в данном случае называют «биотоп» или «экотоп».

Блоковую модель в ранге биогеоценоза в виде схемы, разработанная В.Н. Сукачевым представлена на рис. 2.2. [3, c.47].

Среди механизмов, регулирующих структурно-функциональную организацию биогеоценотических систем, огромное значение принадлежит взаимоотношениям организмов, обусловленных не только кормовыми зависимостями, но и трансформацией условий жизни одними организмами для других. Они могут быть как между особями одного вида, так и разных видов, т. е. иметь характер внутривидовых и межвидовых отношений.

Видовая структура биогеоценозов. Под видовой структурой понимается количество видов, образующих биогеоценозы, и соотношение их численностёй. Точных данных о количестве видов в биогеоценозах нет. Это связано с тем, что трудно учесть видовое разнообразие всех мелких организмов (особенно микроорганизмов). Оно исчисляется сотнями и десятками сотен. Видовое разнообразие обычно тем значительнее, чем богаче условия (биотоп) биогеоценоза. В этом отношении самыми богатыми по видовому разнообразию являются, например, биогеоценозы дождевых тропических лесов. Только древесные виды исчисляются в них сотнями.

Богатство видов зависит также от возраста биогеоценоза. Молодые биогеоценозы, возникающие, например, на таком изначально безжизненном субстрате, как отвалы пород, извлекаемые из глубинных слоев земной коры при добыче полезных ископаемых, крайне бедны видами. В дальнейшем по мере развития биогеоценозов их видовое богатство увеличивается. Но в хорошо сформировавшихся биогеоценозах оно может несколько уменьшаться. К тому времени обычно выделяется один или 2-3 вида, которые явно преобладают по численности особей. Например, в еловом лесу- ель, в смешанном - ель, береза и осина, в степи - ковыль и типчак. Эти виды занимают большую часть пространства, оставляя меньше места для других видов.

Виды, явно преобладающие по численности особей, носят название доминантных (лат. Доминантис - господствующий). Наряду с доминантами в биогеоценозах выделяются виды - эдификаторы (лат. эдификатор - строитель). К ним относят те виды, которые являются основными образователями среды. Обычно вид - доминант одновременно является и эдификатором.

Видовое разнообразие - очень важное свойство биогеоценозов. С ним, как отмечалось выше, связана устойчивость биогеоценозов к неблагоприятным факторам среды. Разнообразие обеспечивает как бы подстраховку, дублирование устойчивости. Вид, который присутствует в числе единичных экземпляров, при неблагоприятных условиях для широко представленного вида, в том числе и доминантного, может резко увеличить свою численность и таким образом заполнить освободившееся пространство (экологическую нишу), сохранив биогеоценоз как единое целое.

Видовую структуру обычно используют для оценки условий местопроизрастания по растениям-индикаторам. Так, для лесной зоны кислица указывает на условия увлажнения, близкие к оптимальным, и значительное богатство почв питательными минеральными веществами; черника - на несколько избыточное увлажнение и некоторый дефицит элементов минерального питания; брусника - на дефицит увлажнения и почвенного плодородия; мхи (кукушкин лен и особенно сфагнум) - на чрезмерно избыточное увлажнение, дефицит минеральных веществ, недостаток кислорода дпя дыхания корней и наличие процессов торфообразования. Наряду с индикаторами меняется состав и других видов, произрастающих под пологом эдификаторов [3, с.48].

Зеленые растения служат в основном аппаратом, через который биогеоценоз получает энергию, то эти же растения, а также животные и не зеленые растения ее освобождают или передают другим компонентам биогеоценоза. Однако эти основные энергетические процессы, чаще всего связанные и с обменом веществом, сопровождаются различными другими процессами превращения вещества и энергии и обменом ими между компонентами биогеоценоза.

Оценка флоры и фауны

В биогеоценозах обязательно наличие в качестве основного звена растительного сообщества (фитоценоза). Примеры биогеоценозов - однородные участки леса, луга, степи, болота и т. п.

Фауна в системе компонентов биогеоценоза и его связях играет особенно важную роль. Она определяет пространственные границы биогеоценоза, его структуру и облик, внутренний климат, состав, обилие и распределение животных, микроорганизмов, особенности и интенсивность материально-энергетического обмена всей системы биогеоценоза. В связи с этим подробное изучение флора и фауна является обязательной частью любого биогеоценологического исследования. Аспекты такого исследования могут быть весьма разнообразны я в полной мере сейчас, вероятно, трудно осуществимы. В общей форме задача сводится к решению следующих важнейших вопросов [6, с. 234].

1. Определение роли флоры и фауны в накоплении органических веществ и энергии и превращениях вещества и энергии в общей системе биогеоценоза

2. Определение характера и степени воздействия их на остальные компоненты биогеоценоза.

3. Определение роли флоры и фауны в динамике биогеоценозов.

4. Определение характера и степени воздействия фитоценоза на соседние биогеоценозы.

5. Определение влияний других участников биогеоценоза на свойства и особенности.

Особенно важны для функционирования и структуры биогеоценозов внутривидовые и межвидовые отношения растений, поскольку растительность во всей системе компонентов биогеоценоза, их связях и работе занимает узловое положение и изменения в ее составе, строении и свойствах, возникающие под влиянием взаимных отношений видов, синузий, ярусов, влекут за собой более или менее адекватное изменение свойств, структуры и функционирования остальных компонентов биогеоценоза.

Для формирования всего облика биогеоценоза на суше наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органическое вещество, дают начало всем трофическим цепям, служат субстратом для животных и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат и находятся в тесной взаимосвязи с почвенными и гидрологическими условиями. Поэтому характеру растительности придают ведущее значение при выявлении границ отдельных биогеоценоза, принимая, что они совпадают с границами фитоценозов. Хотя в пределах биогеоценоза осуществляется биогенный круговорот веществ, они представляют собой незамкнутые системы.

Как отмечалось выше, среди механизмов, регулирующих структурно-функциональную организацию биогеоценотических систем, огромное значение принадлежит взаимоотношениям организмов, обусловленных не только кормовыми зависимостями, но и трансформацией условий жизни одними организмами для других. Следовательно, для определения механизмов, регулирующих структурно-функциональную организацию исследуемого биогеоценоза необходимо выделить доминантные и эдификаторные виды.

В исследуемом биогеоценозе ель в еловом лесу наряду с доминантностью обладает высокими эдификаторными свойствами. Они выражаются в ее способности сильно затенять почву, создавать кислую среду своими корневыми выделениями и при разложении мертвого органического вещества, образовывать специфические для кислой среды подзолистые почвы. Вследствие высоких эдификаторных свойств ели под ее пологом могут жить только виды растений, которые способны мириться со скудным освещением (теневыносливые и тенелюбивые). В то же время под пологом елового леса доминантным видом является черника, но она не является существенным эдификатором.

В данной дипломной работе использовали видовую структуру для оценки условий местопроизрастания по растениям-индикаторам. В результате исследования установлено, что в лесу и на пастбище произрастают черника и мох сфагнум. Это указывает на несколько избыточное увлажнение и некоторый дефицит элементов минерального питания (черника), и на чрезмерно избыточное увлажнение, дефицит минеральных веществ, недостаток кислорода для дыхания корней и наличие процессов торфообразования (сфагнум).

По растениям-эдификаторам или доминантам и растениям-индикаторам обычно называют биогеоценозы (экосистемы). Лесоводы их определяют как типы леса (например, ельники-кисличники, ельники-черничники, ельнико-сфагновые и др.). По такому же принципу классифицируются и называются другие экосистемы. Например, для степей выделяются типчаково-ковыльные, злаково-разнотравные и другие системы.

Выявление возбудителей или инвазий в биогеоценозе

Инвазия (от лат. invasio -- нападение, вторжение), заражение человека, животного или растения паразитами животного происхождения с последующим развитием взаимодействия между организмом-хозяином и паразитом. Инвазия проявляется инвазионной болезнью либо протекает бессимптомно (субклинически). Инвазия у животных может быть представлена одним или несколькими видами паразитов (смешанная инвазия). Для возникновения инвазии необходимы следующие условия: восприимчивость хозяина, благоприятная среда для развития паразита. На развитие и течение инвазии влияют возраст животного (более тяжело болеет молодняк), путь проникновения паразита, сезонность года, климатические условия местности. Продолжительность инвазии зависит от длительности жизни паразита, вида и возраста хозяина. Освобождение организма-хозяина от инвазии происходит по различным причинам: в связи с завершением стадий развития паразита, в результате его гибели, (напр. при дегельминтизации), высокой сопротивляемости организма-хозяина и по другим причинам [3, c.178].

Выявление возбудителей или инвазий в биогеоценозе

Хозяева не индифферентны к процессу инвазирования; у них формируется система активной или пассивной защиты. У растений, например, в качестве пассивной защиты выступает выделение смолы или галлообразование. У животных нередко происходит инкапсулирование внедрившихся в ткани хозяина организмов. Галлы и капсулы изолируют паразита и пространственно локализуют его вредное влияние на организм.

Активные пути защиты от инвазирования свойственны животным и выражаются в различных формах иммунитета. Первым звеном иммунных реакций оказываются покровы, препятствующие внедрению паразита в организм хозяина. Эта функция у ряда форм усиливается выделением ядовитой или (и) бактерицидной слизи. Второе звено иммунитета представлено фагоцитозной активностью специфических клеток крови и ретикулоэндотелиальной системы, пожирающих или разрушающих клетки болезнетворных бактерий. Третье звено -- биохимические иммунные реакции организма хозяина в виде выработки антител, антитоксинов и аглютининов.

Животным свойственны разные способы самоочищения. Паразиты противопоставляют этому формирование адаптивной формы тела (уплощенной у эктопаразитов, округло-удлиненной у паразитических червей), твердых и упругих покровов (блохи, вши и др.), прочной кугикулы (черви) и т. п.[11, c. 352].

Выявление переносчиков возбудителей

Если в цикле паразита имеется свободная стадия, она тоже часто характеризуется появлением структур, увеличивающих пассивную устойчивость к неблагоприятным воздействиям внешней среды. Эго различного рода цисты и подобные им образования у простейших, прочные оболочки яиц червей и некоторых насекомых и др.

Наличие свободной стадии свойственно многим паразитам. Появление ее эволюционно связано, видимо, с тем, что бесконечное размножение в одном организме хозяина невозможно уже в силу его смертности. Задача смены хозяина вызвала появление подчас довольно сложных циклов развития с включением в них одного или более промежуточных хозяев. Резко снижающаяся в таких случаях вероятность благополучного прохождения полного цикла компенсируется повышением плодовитости, масштабы которой у паразитов достигают рекордных в животном мире величин. Так, например, солитер Taenia saginata продуцирует до 600 млн. яиц в год. Аскарида Ascaris lumbricoides за 5 - 6 месяцев половой зрелости образует 50 -60 млн. яиц. Их вес в 1700 раз превосходит массу самки. Заполненная яйцами матка паразитирующей в полости тела шмелей нематоды Sphaerularia bombi в 12 --15 тысяч раз превышает объем тела самого животного. Заметим, что свободноживущие нематоды продуцируют сотни, а иногда даже десятки яиц.

Успех в осуществлении сложных циклов развития паразитов определяется тем, насколько они соответствуют особенностям биологии их хозяев. Для многих паразитов характерна четкая синхронизация годовых циклов с аналогичными ритмами жизнедеятельности их хозяев. Например, паразит в мочевом пузыре лягушек начинают продуцировать яйца одновременно с началом икрометания у хозяев. Яйца выводятся наружу вместе с половыми продуктами лягушек. Личинки живут некоторое время свободно, а затем прикрепляются к наружным жабрам головастиков. По мере редукции жабр они попадают в глотку, а оттуда по пищеварительному тракту (по пути превращаясь во взрослое животное) проникают в клоаку и затем в мочевой пузырь.

Надежное попадание в организм хозяина жизненно важно для паразитов; отсюда -- формирование подчас очень сложных адаптаций до тонкостей учитывающих особенности биологии хозяина (или хозяев, если их несколько). Так, у блох предамагинальные стада и развития проходят вне организма хозяина. Для взрослых особей вероятность попадания на хозяина увеличивается соответственно быстроте прыжка Прыжок крысиной блохи длится всего 1,2 мс, достигая 140-кратногс ускорения. Такой прыжок обеспечивается с помощью особого белка релиэина, который быстро высвобождает энергию после сжатия (подобно упругой резине). Эффективность его функции очень велика: 90--97 % энергии возвращается в ввде механической работы. «Прицеливание» осуществляется в основном с помощью обоняния при дополнительном участии зрительных и температурных рецепторов.

В отличие от этого у клещей р. Ixodex нападение на хозяина обеспечивается практикой выжидания» и связанной с этим способностью к длительному (до 4-10 лет) голоданию. Эти клещи очень точно реагируют на приближающегося хозяина с помощью обоняния. Как показали эксперименты, наиболее выраженным атграктантом служит масляная кислота, содержащаяся в поте млекопитающих.

Не менее тонкое соответствие биологии хозяев может выражаться в стереотипах поведения. Так, мухи Pachyophthalmus afiica откладывают яйца в гнездах одиночной осы Eumenas mахillosus, где личинки питаются гусеницами, запасенными осой для своего потомства (оса обездвиживает гусениц уколом в нервный узел). Готовая к отладке яиц мyxа следует за осой, которая «приводит» ее к своему гнезду. Дождавшись, когда оса улетит, муха проникает в гнездо и откладывает яйца на находящихся там гусениц. Характерно, что из отложенных яиц тотчас же вылупляются личинки; это повышает вероятность воспользоваться пищей раньше, чем это сделают личинки осы. Такая цепь взаимосвязанных адаптаций сильно облершет сложную форму «гнездового паразитизма».

Физиологические механизмы, синхронизирующие деятельность паразита и хозяина в каждом конкретном случае, не всегда изучены достаточно хорошо [11, c.245].

Наличие источника возбудителя инфекции и инвазии

В масштабах биоценоза тесные паразитарные связи объединяют ряд видов специфическими взаимоотношениями; на этой почве формируются структурные образования, которые нередко называют паразитарными системами или паразитоценозами. Между этими понятиями имеется определенная разница. Паразитоценозом называют комплекс видов, поражающих одного общего хозяина; в это понятие включаются как постоянные эндо- и эктопаразиты, так и временные (налример, «паразитоценоз норы» грызунов). Паразитарные системы включают паразитов, набор хозяев их предимагиналышх и имагинальньк фаз, возбудителей болезней, которых паразиты могут передавать от одного хозяина к другому. Паразитарная система есть часть биоценоза. Характерным примером могут служить природные очаги инфекций, в состав которых включаются возбудитель болезни (вирус, бактерия или простейшее), паразиты (чаще всего членистоногие), выступающие в качестве переносчиков инфекции, и теплокровные носители, являющиеся хозяевами этих паразитов. Строго говоря, и сам возбудитель по отношению к теплокровным хозяевам выступает как паразит.

Так, в природных очагах чумы возбудитель хранится в теплокровных носителях (различные грызуны: сурки, суслики, песчанки и др.). Паразиты-членистоногие (блохи), питаясь на грызунах, передают возбудителя от одного животного к другому, поддерживая таким образом постоянную циркуляцию его в популяциях грызунов.

В очагах клещевого энцефалита возбудитель (вирус) циркулирует по более сложной схеме: личинки клещей питаются на мелких млекопитающих, нимфы - на млекопитающих средних размеров и наземно-гнездящихся птицах, имаго - на крупных зверях. Вирус постоянно переходит по этим «ступеням» циркуляции; более того, пассирование через разных хозяев способствует поддержанию его жизнеспособности.

По составу видов, обеспечивающих циркуляцию инфекции в природном очаге, заболевания подразделяются на трансмиссивные и нетрансмиссивные. Первые включают полный набор компонентов, описанных выше; передача возбудителя от одного теплокровного хозяина к другому идет через эктопаразитов-переносчиков. Таковы чума, туляремия, сезонные энцефалиты и др. Нетрансмиссивные заболевания передаются при непосредственном контакте носителей или через среду; звено переносчиков в этом случае выпадет (лептоспирозы, листериоз и др.).

Обеспечение устойчивой циркуляции инфекции в природных очагах определяется тесной биологической «подгонкой» видов, составляющих паразитарную систему, друг к другу и приспособленностью системы паразитарных связей к конкретным условиям существования. Природный очаг инфекции может рассматриваться как структурно-функциональная часть биоценоза.

Комплекс адаптаций, определяющих «подгонку» биологии паразита к особенностям морфологии, физиологии и экологии их хозяев, создает высокий уровень специализации паразитов, степень которой прямо пропорциональна тесноте взаимосвязей. По существу, паразитизм есть одна из форм симбиоза, ключевой признак которого заключается в том, что по крайней мере один из партнеров в определенной степени возлагает на другого регуляцию своих отношений с внешней средой. Паразитизм отличается от комменсализма и мутуализма тем, что один из взаимодействующих видов не только не извлекает пользы от такого сожительства, но и испытывает определенную степень угнетения.

Впрочем, обоюдные адаптации приводят к тому, что негативное влияние паразита в большинстве случаев не оказывается фатальным для хозяина -- это определяет возможность длительных взаимодействий. «Смягченная» форма паразитирования характерна, например, для трипаносом, поражающих африканских антилоп; в то же время эти кровяные паразиты, попадая в организм человека, вызывают тяжелое заболевание -- «сонную болезнь». «Паразитирование на убой» проявляется лишь в случаях массового заражения или в качестве специфического приспособления паразита к прохождению цикла. Примером может служить развитие ремнеца Ligula intestinalis. Личинки этого вида попадают в рыб с рачками Diaptomus -- их промежуточными хозяевами. Лигулез резко ослабляет рыб и вызывает их «раздувание», благодаря чему они всплывают в верхние слои воды и становятся легкой добычей рыбоядньк птиц (в первую очередь чаек) -- окончательных хозяев ремнеца.

Специфическая форма «паразитирования на убой» характеризует группу видов, которые, питаясь за чужой счет, убивают своего хозяина. Таких животных называют «паразитоидами»; примером могут служить ухе упомянутые личинки ос, полностью съедающие гусеницу, в которой они вывелись. По существу, это уже не паразитизм, поскольку в таких отношениях отсутствуют взаимные адаптации.

Следует подчеркнуть, что тонкие взаимные приспособления паразитов и хозяев могли сформироваться только в результате длительного совместного существования видов в составе биоценоза. То же относится и к другим рассмотренным выше формам связей смежных трофических уровней. Вне исторического, эволюционного подхода невозможно решение проблемы биоценотических взаимоотношений.

С целью выявления источника возбудителя инвазии в исследуемом биогеоценозе рассмотрены представители животного мира. Установлено, что наиболее часто встречаются веслоногие рачки и пресноводные моллюски. Как известно, веслоногие рачки и пресноводные моллюски являются переносчиком трематод, которые вызывают парамфистоматоидозы.

Однако установить источник возбудителя инвазии в полевых условиях затруднительно, поэтому необходимо провести лабораторные эксперименты

Парамфистоматоидозы, инвазионные болезни жвачных, вызываемые трематодами Paramphistomatoidea (парамфистомами и др.), паразитующими в преджелудках (взрослые формы), тонких кишках и сычуге (молодые формы). Развитие гельминтов - с участием пресноводных моллюсков. Парамфистоматоидозы распространены в хозяйствах, использующих для пастьбы животных заливные луга.

3. Оценка абиотических компонентов биогеоценоза

3.1 Оценка почв

антропогенный экосистема биогеоценоз

Почва -- непременный компонент биогеоценозов суши и важнейший участник происходящих в них обменных процессов. Ее изучение обязательно для каждого биогеоценологического исследования природы. Почва обеспечивает растительные сообщества и почвенных животных водой, минеральными и органическими вещества (включая различные ферменты, ростовые вещества); вместе с тем почва. аккумулируя прямые и косвенные воздействия других компонентов биогеоценоза, изменяется в своем составе и свойствах, что может приводить к изменению направления и характера почвообразования.

Изучение почвы как компонента биогеоценоза должно вестись по трем направлениям.

1. Изучение преобразования горной породы (рыхлой или массивной) в почву в целях установления этапов или стадий развития ее как компонента, участвующего в формировании биогеоценоза1.

2. Изучение почвы как природного тела, определяющего, наряду с другими компонентами, многообразие биогеоценотического покрова и размещение биогеоценозов по поверхности суши, что важно для типологии и систематики последних.

3. Изучение сезонно-годовых изменений почв, происходящих под влиянием остальных компонентов, особенно растительности и животных, в целях разработки способов направленного управления жизнедеятельностью биогеоценозов.

В основе всех преобразований почвы как компонента биогеоценоза лежат процессы обмена веществ и энергии. Последние обусловлены различиями и спецификой жизнедеятельности живых организмов биогеоценозов, зависящей от поступления тепла и влаги. Поэтому изучение почвы как компонента биогеоценозов основывается на знании качественных и количественных показателей обмена веществ и энергии и закономерностей их типологических и пространственных изменений.

3.2 Оценка водоисточников

Вода, являясь непременным компонентом не только водного биогеоценоза, но и всякого 6иогеоценоза суши, находится во взаимодействии со всеми остальными компонентами биогеоценоза, не говоря уже о том, что масса живых организмов сама состоит в значительной части из воды и в течение своей жизни все время принимает воду извне и отдает ее наружу.

Вода, будучи универсальным растворителем самых различных веществ и обладая большой подвижностью, способна, переносить различные вещества в растворенном и взмученном состоянии. В этом ее огромная роль в обмене веществом и энергией как между компонентами биогеоценоза, так и между другими явлениями природы. Вода совершает круговорот, охватывающий атмосферу, литосферу и атмосферу [7, c. 345}.

Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения. Вещество, нарушающее нормы качества воды, -- загрязняющим. Природные воды могут быть загрязнены самыми различными примесями, которые разделяют с учетом их биологических и физико-химических свойств на группы. К первой группе относятся вещества, растворяющиеся в воде и находящиеся там в молекулярном или ионном состоянии. В природной воде могут присутствовать в растворенном виде различные газы (кислород, азот, диоксид углерода, сернистый газ и др.), а также растворимые соли (натрия, калия, кальция, аммония, алюминия, железа, магния, марганца и др.). Можно установить их наличие с помощью химического анализа, потому что растворенные примеси не задерживаются ни песчаными, ни бумажными фильтрами. Вторая группа примесей -- те, что образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуют с водой коллоидные системы и взвеси. Коллоидные системы образуются из практически нерастворимых веществ. Они задерживаются мембранами - тонкими пленками из коллодия или бычьего пузыря. В коллоидном состоянии могут находиться вещества минерального и органического происхождения. При длительном отстаивании частицы песка, глины, образующие в воде взвеси, способны осаждаться.

Вода может иметь загрязнения биологического характера: бактерии, вирусы, водоросли, простейшие: черви и т. д. Бактерии образуют устойчивые взвеси, а водоросли -- целые «подводные луга», на дне водоемов может быть много червей.

В 90-х годах XX столетия антропогенное загрязнение природных вод стало носить глобальный характер и существенно сократило доступные эксплуатационные ресурсы пресной воды на Земле.

Основными источниками загрязнения являются промышленные и коммунальные канализационные стоки, смывы с полей части почвы, содержащей различные агрохимикаты, дренажные воды систем орошения, стоки животноводческих ферм, попадание в водоемы с осадками и ливневыми стоками аэрогенных загрязнений.

3.3 Оценка атмосферы

Вместе с тем весь органический мир, зависит в своем существовании от свойств атмосферы данного участка земли, в свою очередь ее сильно изменяет выделениями растениями кислорода и углекислоты

Атмосфера -- газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водяных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом.

Атмосфера имеет четко выраженное слоистое строение (рис. 2). Нижний, наиболее плотный слой воздуха - тропосфеpa. B зависимости от широты Земли ее высота 10-15 км. Здесь содержится 80 % массы атмосферы и до 80% водяного пара, развиваются физические процессы, формирующие погоду и влияющие на климат различных районов нашей планеты.

Над тропосферой до высоты 40 км расположена стратосфера. В ней находится озоновый слой, поглощающий большую часть ультрафиолетовой радиации и предохраняющий жизнь на Земле. Выше находятся ионосфера, которая обладает повышенной ионизацией молекул газа. Этот слой, высотой до 1300 км, также оберегает все живое от вредного воздействия космической радиации, влияет на отражение и поглощение радиоволн. Далее до 10000 км простирается экзосфера, где плотность воздуха с увеличением высоты убывает, приближаясь к разреженности вещества в максимальном пространстве.

Из компонентов биогеоценоза атмосфера, материнская горная порода и вода атмосферы, почвы и подпочвы являются как бы первичным материалом данного биогеоценоза, а растения, животные и микроорганизмы по преимуществу служат трансформаторами и аппаратами обмена веществом и энергией.

Вследствие деятельности человека в атмосферу поступают углекислый газ СО₂, и угарный газ СО, диоксид серы SO₂, метан СН₄, оксиды азота NO₂ NО и N₂0. При использовании аэрозолей в атмосферу поступают хлорфторуглероды, в результате работы транспорта -- углеводороды (бенз(а)пирен и др.).

Вещества, загрязняющие атмосферу, подразделяют также на первичные и вторичные. Первичные -- это вещества, содержащиеся непосредственно в выбросах предприятий и поступающие с ними от разных источников; вторичные -- являются продуктами трансформации первичных или вторичного синтеза. Они нередко более опасны по сравнению с первичными веществами.

Сжигание ископаемого топлива (уголь, нефть) играет определенную роль в загрязнении атмосферы. За счет газов антропогенного происхождения образуются кислотные осадки и смог.

Кислотные осадки -- серная и азотная кислоты, образующиеся при растворении в воде диоксидов серы и азота и выпадающие на поверхность земли вместе с дождем, туманом, снегом или пылью.

4. Оценка функционального состояния биогеоценоза

4.1 Пищевые цепи и их патологические отклонения от норм

Самый распространенный тип связей базируется на интересах питания. Такие связи носят название пищевых или трофических (греч. трофо - питание). В данный тип связей выделяется питание одного организма другим или продуктами его жизнедеятельности (например, экскрементами), питание сходной пищей (например, мертвым органическим веществом). Этим типом связей объединяются растения и насекомые, опыляющие их цветки. На базе трофических связей возникают цепи питания.

По роли организмов в биогеоценотическом процессе их можно разделить на три категории: 1) автотрофы, живущие за счет неорганических веществ и создающие органические вещества, 2) гетеротрофы, питающиеся как неорганическими, так и органическими веществами и 3) сапрофиты и сапрофаги, живущие только за счет разлагающихся органических веществ. Совершенно особое значение имеет почва, а также и лесная подстилка. Они суммируют в себе, как было показано выше, результаты сложного биогеоценотического процесса и представляют собой наглядное и наиболее полное выражение результата действия этих процессов.

Из сказанного можно видеть, какую большую роль в биогеоценозе играет органический мир. В зависимости от характера этой роли различают: 1) продуценты (зеленые растения), создающие органическое вещество, 2) консументы (главным образом животные), потребляющие органическое вещество, и 3) редуценты (в основном микроорганизмы), разрушающие и минерализующие органическое вещество.

Вся совокупность этих взаимодействий может быть биогеоценотическим процессом. На рис.5.1. представлена схема, отражающая основные функции компонентов биогеоценозов. В действительности каждый из этих компонентов (атмосфера, живые организмы, почва, лесная подстилка, а часто и подстилающая их горная порода) в той или иной мере является и материалом для биогеоценотического процесса, и трансформатором, и обменным аппаратом, и суммарным выразителем этого процесса.

Любой биогеоценоз включает несколько трофических (пищевых) уровней или звеньев. Первый уровень представлен растениями. Их называют автотрофами (греч. аутос - сам; трофо - пища) или продуцентами (лат. продуцена - создающий). Второй и последующие уровни представлены животными. Их называют гетеротрофами (греч. геторос - другой) или консументами. Последний уровень в основном представлен микроорганизмами и грибами, питающимися мертвым веществом. Их называют редуцентами (лат. редуцере - возвращать). Они разлагают органическое вещество до исходных минеральньк элементов.

Взаимосвязанный ряд трофических уровней представляет цепь питания, или трофическую цепь. Главное свойство цепи питания - осуществление биологического круговорота веществ и высвобождение запасенной в органическом веществе энергии. Важно подчеркнуть, что цепь питания не всегда может быть полной. В ней могут отсутствовать растения (продуценты). Такая цепь питания характерна, как отмечалось выше, для сообществ, формирующихся на базе разложения животных или растительных остатков, например, накапливающихся в лесах на почве (лесная подстилка).

В цепи питания очень часто отсутствуют или представлены небольшим количеством животные (гетеротрофы). Например, в лесах отмирающие растения или их части (ветви, листья и др.) сразу включаются в звено редуцентов, которые завершают круговорот.

Исходя из положения: разнообразие - синоним устойчивости, можно заключить, что экосистемы с более длинными цепями питания характеризуются повышенной надежностью и более интенсивным круговоротом веществ [3, c. 48-50].

В природе все виды связаны с другими, и уничтожение одного может привести к совершенно непредвиденным последствиям. Один из примеров такой взаимосвязи -- применение во многих регионах в недавнем прошлом в борьбе с саранчой гексахлорана. При этом значительно уменьшалось число таких хищных насекомых, как божьи коровки и златоглазки. В результате на посевах бобовых, плодово-ягодных и цитрусовых культур усиливалось размножение щитовок, белокрылок, клопов, трипсов и клещей. Наглядно иллюстрировался принцип взаимосвязи в живой природе.

Нежелательность истребления хотя бы одного-единственного вида, каким бы ненужным или даже вредным этот вид человеку ни казался, обосновывается принципом потенциальной полезности. Человек зачастую в состоянии предвидеть, какое значение для людей в будущем может иметь тот или иной вид. Например, если бы стеллерова корова -- огромное, длиной до 10 м и массой в несколько тонн морское травоядное млекопитающее из отряда сиреновых, жившее около 200 лет назад в водах Командорских островов, -- не была истреблена, проблема животного белка в дальневосточных районах нашей страны могла бы решаться по-иному, чем сейчас.

Как с биологической, так и хозяйственной точек зрения, организовать многочисленные высокопродуктивные фермы этих животных на базе огромных запасов морских водорослей по всему побережью дальневосточных морей в настоящее время было бы вполне реально.

4.2 Изменения в биологических круговоротах веществ в следствии загрязнения биогеоценоза или недостатка макро и микроэлементов или избытка

Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается почти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн. тонн топлива, используется 2 млрд. м³ воды б5 млрд. м³ кислорода. Все это сопровождается расходованием природных ресурсов и массированным загрязнением среды.

Таким образом, критическую ситуацию в конце XX столетия образуют следующие негативные тенденции:

1. Потребление ресурсов Земли настолько превысило темпы их естественного воспроизводства, что истощение при родных богатств стало оказывать заметное влияние на их использование, на национальную и мировую экономику, при вело к необратимому обеднению литосферы и биосферы.

2. Отходы, побочные продукты производства и быта загрязняют биосферу, вызывают деформации экологических систем, нарушают трофические связи и создают угрозу для здоровья человечества (рис. 22).

Главной причиной противоречий оказывается именно количественная экспансия человеческого общества -- высший уровень и быстрое нарастание совокупной антропогенной нагрузки на природу, усиление его разрушающего воздействия. Все это имеет очень серьезные не только экологические, но и социально-биологические и экономические последствия.

Существенным отличием антропогенного массообмена от биотического круговорота веществ в природе является то, что первый не образует или почти не образует замкнутых циклов. Он существенно разомкнут как в качественном, так и количественном отношении.

4.3 Загрязнение среды металлическими телами

Другим источником накопления металла в почве является бытовой мусор.

Неблагоприятное влияние на организм человека оказывают соединения свинца, имеющиеся в выхлопных газах автотранспорта. Присутствие свинца в крови человека возрастает с увеличением его содержания в воздухе, что приводит к снижению активности ферментов, участвующих в насыщении крови кислородом, к нарушению обменных процессов [7, c. 109].

Загрязнение среды шумами

Наиболее распространенным видом физического воздействия на атмосферу в городах и крупных поселках является шум, возникающий при работе транспортных средств, оборудования промышленных и бытовых предприятий, вентиляционных и газотурбинных установок, реактивных самолетов при взлете и посадке. Как уже было отмечено ранее, величину звуковых давлений измеряют и нормируют в децибелах.

Уровень шума в 20-30 децибелов практически безвреден для человека, является естественным шумовым фоном. У людей же, живущих и работающих в неблагоприятных акустических условиях (80 и более децибелов), имеются признаки изменения функционального состояния центральной нервной и сердечнососудистой систем.

В настоящее время уровень электромагнитных полей (ЭМП), созданных человеком и «загрязняющих» атмосферу, в сотни раз превышает средний уровень естественных диапазонов. Электромагнитные поля оказывают влияние на нервную и эндокринную системы, на репродуктивную функцию, на сердечно-сосудистую систему и обмен веществ. Наиболее высока чувствительность организмов к многократным воздействиям электромагнитных полей [7, c.120].

5. Оценка межбиотических связей вокруг биоценоза

Ни один организм в природе не существует вне связей со средой и другими организмами. Эти связи - основное условие функционирования биогеоценозов. Через них, как было показано выше, осуществляется образование цепей питания, регулирование численности организмов и их популяций, реализация механизмов устойчивости систем и другие явления. В процессе взаимосвязей происходит поглощение и рассеивание энергии и в конечном счете осуществляются средообразующие, средоохранные и средостабилизирующие функции систем.

Подобные биогеоценлогические связи обусловлены всем ходом эволюционного процесса. По этой причине и любое их нарушение не остается бесследным, требует длительного времени для восстановления. В связи с этим экологически обусловленное поведение человека в природе невозможно без знакомства с этими связями и последствиями их нарушения. Целесообразно выделять взаимосвязи и взаимоотношения организмов в природе (биогеоценозах) как различные понятия.

Противоречивость выражается в том, что под влиянием взаимодействия их между собой направление изменений каждого компонента часто меняется, например если воздействие на горную породу органического мира, на ней развившегося, вначале для него будет благоприятно, то дальнейшее изменение им среды его существования, так называемого экотопа, становится для данного состава организмов или по крайней мере для многих из них вредным, во всяком случае влекущим изменение их состава. К этому надо добавить, что обычно развивающееся обильное население биогеоценоза в процессе использования средств жизни вступает в конкурентные как межвидовые, так и внутривидовые взаимоотношения между собой. А так как в процессе эволюции выработались известные приспособления разных видов организмов друг к другу, то из совместного существования они извлекают в то же время известную выгоду для себя. Поэтому органический мир биогеоценоза, получивший название биоценоза, состоящий из фитоценоза (растительности), зооценоза (животного мира) и микробоценоза, характеризуется сложными противоречивыми полезными и вредными взаимоотношениями, взаимосвязями, в том числе и так называемыми цепями питания, в которые входят как автотрофные, так и гетеротрофные организмы. Оказалось, что в биоценозе потребляемые организмы обладают большей биомассой, чем их потребители. Без такого соотношения биоценоз не мог бы устойчиво существовать.