Практическая работа по учению о биосфере для ВлГУ, пример оформления

Практическая работа №6

Техногенные экосистемы

1. Строение, условия формирования, проблемы существования урбоэкосистемы.

Урбоэкосистемы (или городские экосистемы) – искусственно созданные и поддерживаемые человеком гетеротрофные антропогенные экосистемы, возникающие в результате развития городов и представляющие собой средоточие населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов и т.д. Благодаря живым компонентам города посредством своей природной подсистемы вовлечены в глобальные биогеохимические циклы и, таким образом, являются элементами биосферы как части географической оболочки Земли. При этом город как сложнейшая система существует не по биологическим, а по социальным законам развития. Социальная подсистема в такой системе выполняет системообразующую и управляющую функции. Для развития городской экосистемы необходимы три главных компонента:

• географическая среда — природная основа экосистемы. Представляет собой природно-климатический комплекс, включающий абиотические (рельеф, почву, климат, воды) и биотические (растительный и животный мир) компоненты;
• городское население (социальный комплекс) — совокупность людей, связанных общественными отношениями и городской средой. Является потребителем продукции производства, а также носителем различных потребностей нематериального характера (наука, образование, культура). Именно этот компонент урбоэкосистемы выполняет функцию управления, которая обеспечивает сохранение определенной структуры города, поддерживает режим деятельности, реализацию программ и целей развития системы;
• городская среда, которая включает взаимосвязанные и взаимопроникающие подсистемы (среды): преобразованную географическую природную среду, ландшафтно-архитектурную, социально-экономическую, общественно-производственную. Связь между ними столь велика, что практически ни одна из них в отдельности не может выполнять свои функции, и в то же время отсутствие одной из них влечет разрушение городской экосистемы в целом.

Возрастающее воздействие городов на окружающую среду обуславливает усиление обратного воздействия трансформированной среды на процессы развития самого социума. Как следствие, современный город вступает в конфликтные отношения с биосферой, все в большей степени потребляя природные ресурсы и загрязняя окружающую среду. Поэтому на современном этапе урбанизации появляются принципиально новые задачи, которые должны быть направлены на решение ключевой комплексной проблемы обеспечения устойчивого городского развития, которой становится рациональное управление совокупностью условий и факторов поддержания эколого-экономического равновесия в рамках урбанизированной территории. Подобная ситуация обуславливает необходимость разрешения основных противоречий, характеризующих процессы эколого-экономического взаимодействия на городских территориях.  

2. Строение, условия формирования, проблемы существования агроэкосистемы.

Агроэкосистема (или агроценоз) — биотическое сообщество, созданное и регулярно поддерживаемое человеком с целью получения сельскохозяйственной продукции. Обычно включает совокупность организмов, обитающих на землях сельско-хозяйственного пользования. В состав агроэкосистем, как и природных экосистем, входят все функциональные группы: продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (человек, насекомые-опылители, птицы, симбиотические организмы, животные — вредители полевых культур, сельскохозяйственные животные), редуценты (бактерии и грибы). Организмы составляют пищевые цепи и сети. При этом обязательным звеном пищевых цепей является человек. К агроэкосистемам относят поля, сады, огороды, виноградники, крупные животноводческие комплексы с прилегающими искусственными пастбищами. Характерная особенность агроэкосистем — малая экологическая надежность, но высокая урожайность одного (нескольких) видов или сортов культивируемых растений или животных. В отличие от биогеоценозов, агроценозы состоят из особей немногих видов, которые имеют большую численность. Поэтому их трофическая структура относительно проста, пищевые цепи короткие и менее разнообразные. В сравнении с городскими экосистемами, агроэкосистемы имеют простой процесс формирования. Проще говоря, если очистить участок земли от сорняков и ненужной растительности, разрыхлить его и посадить желаемые семена — создается новая искусственная экосистема. Однако даже самая маленькая, она имеет сложную совокупность экологических взаимосвязей реализующихся в результате производственной деятельности. В связи с постоянным изъятием урожая и нарушением процессов почвообразования, при длительном выращивании монокультуры на культурных землях постепенно происходит снижение плодородия почв. Данное положение в экологии называется законом убывающего плодородия. Таким образом, для расчетливого и рационального ведения сельского хозяйства необходимо учитывать обеднение почвенных ресурсов и сохранять плодородие почв с помощью улучшенной агротехники, рационального севооборота и других приемов. Смена растительного покрова в агроэкосистемах происходит не естественным путем, а по воле человека, что не всегда хорошо отражается на качестве входящих в нее абиотических факторов. Особенно это касается почвенного плодородия. Главное отличие агроэкосистемы от природных экосистем — получение дополнительной энергии для нормального функционирования. Под дополнительной понимается любой тип энергии, привносимой в агроэкосистемы. Это может быть мускульная сила человека или животных, различные виды горючего для работы сельскохозяйственных машин, удобрения, пестициды, ядохимикаты, дополнительное освещение и т.д. В понятие «дополнительная энергия» входят также новые породы домашних животных и сорта культурных растений, внедряемые в структуру агроэкосистем. Следует отметить, что агроэкосистемы — крайне неустойчивые сообщества. Они не способны к самовосстановлению и саморегулированию, подвержены угрозе гибели от массового размножения вредителей или болезней. Для их поддержания необходима постоянная деятельность людей. Чтобы не нарушать устойчивость биосферы, не подрывать ее стабильность и, вместе с тем, обеспечивать её высокую продуктивность, человек должен так формировать природные ландшафты, чтобы они включали и высокопродуктивные (незрелые) и устойчивые (зрелые) экосистемы. То есть агроценозы должны чередоваться с лесами, водоемами, лугами, болотами, образовывать «экологическую мозаику». Это будет способствовать обеспечению устойчивости экосистем, так как вредители сельскохозяйственных растений окажутся в окружении своих естественных врагов, которые будут регулировать их численность.  

3. Экосистемы районов добычи и переработки полезных ископаемых.

Экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых, характеризуются влиянием горнорудной промышленности на почву, атмосферный воздух, водные объекты. В районах расположения предприятий по добыче и переработке минерального сырья техногенные массивы являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды. Влияние разведки и промышленного освоения месторождений выражается в нарушении природного ландшафта территории, изменении режима поверхностных вод, загрязнении токсичными компонентами воздушного и водного бассейнов, выводе из хозяйственного оборота или снижении продуктивности плодородных земель, в других негативных процессах. Характер и степень воздействия на окружающую среду в значительной мере определяются совершенством технологий разведки и разработки месторождений, минералогическим и химическим составом непереработанного минерального сырья, технологией комплексной разработки месторождений и комплексной переработки руд и концентратов, эффективностью очистки отходящих газов и сточных вод. Загрязненность атмосферы имеет место при всех основных производственных процессах и при эксплуатации производственных объектов приисков (шахт, карьеров, россыпей). Приведем основные виды и источники загрязнения атмосферы при производстве горных работ. На сегодняшний день экологическая обстановка в России находится на грани катастрофической. Необходимо ужесточить государственный контроль за проведением мероприятий по рекультивации нарушенных земель и охране окружающей среды горнодобывающими предприятиями. Золотодобыча наиболее печально известна вызванными ею экологическими бедствиями. Несмотря на наличие других технологий, при добыче золота из-за своей дешевизны часто используются ртуть и цианиды. Некоторые золотодобывающие компании сбрасывают токсичные отходы прямо в реки и океаны; в других случаях в результате аварий токсичные отходы попадают в системы водоснабжения. Катастрофы случаются постоянно во всем мире. В 2000 году на золотом прииске компании «Аурул», в Бая-Маре на северо-западе Румынии, произошла утечка цианида и других токсичных веществ. Все живое в реке Тиса, второй по величине реки в Венгрии, погибло. Это был один из крупнейших случаев загрязнения рек в Европе. В период 1996-2003 гг., американская золотодобывающая компания «Ньюмонт» сбрасывала 2000 тонн отходов, содержащих ртуть, в день в бухту Байят на севере Сулавеси, в Индонезии. Была отравлена рыба, и здоровье местных жителей ухудшилось — от кожных заболеваний, опухолей до жалоб на нервные расстройства. В исследовании 2004 года проведенного правительством Индонезии, показано, что в бухте Байят имеется слишком высокое содержания мышьяка и ртути. Такой сброс отходов на морское дно в США, Канаде и Австралии считается незаконным, но все еще практикуется западными компаниями во многих развивающихся странах.  

4. Экосистема автомобильной дороги с примыкающей к ней полосой.

За счёт выхлопных газов и других воздействий автомашин меняется состав атмосферы, формируется специфические растительные группировки, сильно трансформируются почвы. В США исследование полосы шириной 50 м по обочинам шоссе №1 и шоссе Балтимора – Вашингтон показало, что земляные черви здесь “обогащены” Pb, Zn, Ni, Cd, причём птицы, поедающие червей, погибают от отравления свинцом и цинком. В городах РФ в придорожных участках распространены засоление и солонцеватость почв в связи с применением антигололёдных солей. Во второй половине ХХ в. были предприняты меры по восстановлению ряда загрязненных, нарушенных экосистем. Загрязнённые осадки со всей площади дна Великого озёр Северной Америки были собраны и захоронены в заброшенных шахтах, в результате восстановились рыбные богатства этих водоёмов. В Западной Германии был очищен на всём протяжении Рейн, в который сбрасывали отходы все промышленные предприятия. Вторичные однопородные леса Германии служат примером рационального лесопользования; в них водятся благородные олени, косули, кабаны и зайцы, гнездятся тетерева и другие птицы. Строительство автомобильной дороги неизбежно приводит к изменению ландшафта. Ее воздействие может быть прямым и косвенным. Косвенные воздействия (также известные как вторичные, третичные и цепные воздействия), связанные со строительством автомобильной дороги, могут иметь более сильное влияние на окружающую среду, чем прямые воздействия. Косвенные воздействия сложнее подвергнуть количественной оценке, но они могут быть более опасными и распространяться на значительные площади территории. В результате могут проявляться следующие последствия:

• деградация качества поверхностных вод от эрозии почвы, расчищенной в результате строительства дороги, неправильно спроектированной системы дренажа, проходящей через водораздел дороги;
• синергический эффект, который может закончиться деградацией или разрушением экосистем (ухудшение водного регулирования и фильтрующей способности почвы из-за строительства дороги или структуры экосистемы, когда размещение новой дороги через лес ведет к внутренней миграции видов).

Кроме того, автомобильные дороги, пересекающие бассейны дренажа, изменяют естественное течение поверхностной воды, концентрируя ее в некоторых точках и увеличивая скорость потока. Строительство дороги может менять и уровень грунтовых вод.  

5. Энергетические проблемы техногенеза.

В ноосфере используется текущая солнечная радиация и энергия былых биосфер, заключенная в ископаемом топливе. Кроме того, человек производит энергию, чуждую биосфере – атомную. Поэтому техногенные ландшафты имеют еще большую неравновесность, чем природные, что создает предпосылки для более высокой самоорганизации. Но этот потенциал остается невостребованным, так как незнание законов самоорганизации этих систем приводит к уменьшению устойчивости и деградации систем. Используемая в ноосфере энергия частично производит работу, частично выделяется в виде тепла. Пока эффект техногенного разогрева сравнительно невелик, в 25 тыс. раз меньше солнечного (в крупных городах выделение техногенного тепла составляет около 5% от солнечного). Но при условии ежегодного роста производства энергии от 5 до 10% через 100-200 лет техногенное тепло будет сопоставимо с величиной радиационного баланса. Это приведет к существенным изменениям климата. Отрицательное воздействие техногенеза объединяется понятием загрязнение природной среды: В различных геосистемах геохимически нормальный фон и амплитуда его временных изменений существенно различны, что обуславливает невозможность определения единого уровня концентрации тех или иных техногенных веществ, вызывающих эффект загрязнения. Геохимическое своеобразие ландшафтов разных природных зон делает также весьма условными единые для всех природных зон нормы предельно допустимых концентраций загрязнителей. Поэтому при решении проблем загрязнения окружающей среды необходимо учитывать ландшафтно-геохимические особенности конкретной территории. Они должны учитываться на всех этапах работ: при постановке экспериментальных исследований, при прогнозе влияния техногенеза на экосистемы, при выборе системы мониторинга и организации мер охраны среды. В соответствии с положением В.И. Вернадского о ведущей роли живого вещества в биосфере и слагающих ее биокосных телах критерием загрязненности должно быть состояние и функционирование присущих данной системе живых организмов. В незагрязненных биокосных системах пределы колебаний концентрации техногенных веществ, а также формы их нахождения в данной системе должны удовлетворять следующим условиям:

1. Не нарушаются газовые, концентрационные и окислительно-восстановительные функции живого вещества системы, регулирующие геохимическое самоочищение системы.
2. Изменения биохимического состава первичной и вторичной продукции не вызывают нарушения жизненных функций в каком-либо из звеньев пищевых цепей не только данной системы, но и за ее пределами.
3. Не понижается биологическая продуктивность системы.
4. Не снижается информативность системы: сохраняется необходимый для существования системы генофонд.

При нарушении любого из перечисленных условий происходит техногенная трансформация данной природной системы, а при критических уровнях техногенного воздействия — ее разрушение. Список используемой литературы:

1. https://studfile.net – электронный ресурс
2. http://www.grandars.ru – электронный ресурс
3. Васильева, Н. А. Современный город как специфическая социоэкосистема: проблемы и перспективы / Н. А. Васильева // Вестник ИрГСХА. — 2013. — Вып. 58. — С. 151–157.
4. Евгеньев И.Е., Каримов Б.Б. Автомобильные дороги в окружающей среде. — М.: Трансдорнаука, 1997.
5. Карпова Н.В. Город как урбоэкосистема: сущностное содержание и подходы к управлению // Экономика и экология территориальных образований. №3 (6). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/gorod-kak-urboekosistema-suschnostnoe-soderzhanie-i-podhody-k-upravleniyu.
6. Курчин Г.С., Волков Е.П., Зайцева Е.В., Кирсанов А.К. Проблемы экологии при добыче нерудныых строительных материалов в России // Современные проблемы науки и образования. – 2013.