Концепция продуктивности экосистем

Концепция продуктивн ости экосистем: понятия продуктивность экосистем, ее виды. Классификаци я экосистем по продуктивности В процессе жизнедеятельности биоценоза создается и расходуется органическое вещество, т. е. соответствующая экосистема об ладает определенной продуктивностью биомассы. Биомассу измеряют в единицах массы или выражают ко личеств ом энергии, заключенной в тканях. Понятия «продукция» и «продуктивность» хотя и выражены однокоренными словам и, но в экологии (как и в биоло гии) имеют различный смысл. Продуктивность — это скорость производства биомассы в единицу времени, к оторую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в един ицах энергии или накопле ния органических веществ. В качестве си нонима термина «про д уктивность» Ю. Одум пре дложил использовать термин «ско рость продуцирования». Продуктивность экосистемы говорит о ее «богатстве». В б о гатом или продуктивном сообществе больше организ мов, чем в менее продуктивном, хотя иногда бывает и наоборот, когда органи змы в продуктивном сообществе быстрее изымаются или «оборачиваются». Т ак, урож ая травы на корню богатого паст бища, выедаемого скотом, может быть гораздо меньше, чем на мене е продуктивном пастбище, на которое не выгоняли скот. Различают та кже продуктивность текущую и об щую. Например, в некоторых конкретных условиях I га со снового леса способен за период своего существования и ро ста образовать 200 м 3 древесной массы — это его общая пр одуктивность. Однако за один год этот лес создает всего лишь около 2 м 3 древесины, что является текущей продуктивностью или годо вым приростом. Первичная продуктивность экосист емы, сооб щества или любой их части оп ределяется как скорость, с кото рой энергия Со лнца усваивается организмами-продуцентами (в основном зелеными растен иями) в ходе фотосинтеза или хи миче ского синтеза (хемопродуцентами). Эта энергия материализуется в виде орг анических веществ тканей продуцентов. Принято выделять четыре последовательные ступени (или стадии) процесса производства органического вещества: валовая первичная продуктивность — общая скорость накопления органич еских веществ продуцентами (ско рос ть фотосинтеза), в ключая те, что были израсходова ны на дыхание и секреторные функции. Растения напроцессы ж изнедеятельности тратят примерно 20% производимой химической энергии; чистая первичная продуктивность — скорость накопления органических веществ за вычетом тех, ч то были израсходованы при дых ании и секреции за изучаемый п ериод. Эта энергия может быть использована организмами следующих трофи ческих уровней; чистая продуктивность сообщества — скорость обще го накопления орган ических веществ, оставшихся пос ле потреб ления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами). Он а обычно измер яется за какой-то период; напри мер, вегетационный период роста и развития растений или за год в целом; вторичная продуктивность — скорость на копления энергии консументами. Е е не делят на «валовую» и «чист ую», так как консументы потребляют лишь ра нее созданные (готов ые) питательные вещества, расхо дуя их на дыхание и секреторные нужды, а осталь ное превращая в собственные ткани. Первичная продукция, доступная гетеротрофам, а человек относится именн о к ним, составляет максимум 4% от общей энергии Солнца, поступающей к пове рхности Земли. Поскольку на каждом трофическом уровне энергия теряется, для всеядных организмов (в том числе и для человека) наиболее эффективны й способ извле чения энергии — потребление рас тительной пищи (вегетарианство) . Однако не обходимо учиты вать также следующее: - животный белок со держит больше незаменимых амино кислот и лишь некоторые бобовые (например, соя) приближа ются к нему по своей ценности; - растительный белок переваривается труднее, чем жи вотный, из-за нео бходимости предварительно разру ш ить жесткие клеточные стенки; - в ряде экосистем животные добывают пищу на большой территории, где не вы годно выращивать культурные растения (это неплод ородн ые земли, на которых пасут ся овцы или северные олени ). Так, у человека около 8% белков ежедневно выводится из организма (с мочой) и вновь синтезирует ся. Для полноцен ного питания необходимо с балансированное поступление ами нокислот, подобных тем, что содержатся в тканях ж ивотных. При отсутствии какой-либо важной для организма человек аминокислоты (на пример, в злаках) при метаболизме усваивается меньшая доля белков. Сочет ание в рационе питани. бобовых и зерновых обеспечивает лучшее использов ание белка, чем при потреблении каждого из этих видов пищи в отдельности. Принцип континуума Видовая структура — это количест во видов, образую щих биоценоз и соотношени е их численностей. Точные сведе ния о числе видов, входящи х в тот или иной биоценоз, полу чить чрезвычайно трудно из-за микроорганизм ов, практиче ски не поддающихся учету. Видовой состав и насыщен ность биоценоза зависят от усл о вий среды. На Земле сущес твуют как резко обедненные сооб щества полярных пустынь, так и богатейшие сообщества тро пическ их лесов, коралловых рифов и т. п. Сам ыми богатыми по видовому разнообразию являются биоценозы влажных троп ических лесов, в которых одних расте ний фитоценоза насч и тываются сотни видов. Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называют доминантными (от лат. dominantis — господст вую щий). Однако среди них выделяют эдификаторы (от лат. edifikator — строитель) — виды, которые своей жиз недеятельно стью в наибол ьшей степени формируют среду обитания, предопределяя существование др угих организмов. Именно они порождают спектр разнообрази я в биоценозе. Так, в еловом ле су доминирует ел ь, в смешанном — ель, береза и осина, в степи — ковыль и типчак. При этом ель в еловом лесу наряду с доми нант ностью обладает сильными эдификаторными свойствами, выражающимися в с пособност и затенять почву, создавать кис лую среду своими корнями и образовывать специфические подзо листые почвы. Вследствие этого под пологом ели могут жить только тенелюб ивые растения. Одновременно с этим в нижнем ярусе елового ле са доминантой может быть, напри мер, черника, н о эдификатором она не является. Предваряя обсуждение в идовой структуры биоценоза, сле дует обра тить внимание на принцип Л.Г. Раменского (1924) — Г. А. Глизона (1926) или принцип континуума: широкое перекрытие экологических амплитуд и рассредоточенность центров распределения популяций вдоль г радиента среды приводят к плавному переходу одного сообщества в другое, поэтому, как правило, не образуют строго фиксированные сообщества. Принципу континуума Н. Ф. Реймерс пр отивопоставляет принцип биоценотической прерыв ности: виды формируют экологическ и определенные системные совокупности — сообщества и биоценозы, отлич а ю щиеся от соседних, хотя и сравнит ельно постепенно в них переходящие. Потери урожая от в редителей, болезней и сорняков. Мероприятия, направленные на снижение и предотвращение потерь урожая сельскохозяйственных культур. В различных посевах и на паровых полях, в огородах и в плодовых и древесных насаждениях, на пас тбищах и сенокосах наряду с возделываемыми культурами обычно произрас тают и вредные растения. Такие ра стения, засоряющие сель скохозяй ственные угодья и наносящие вред сельскох озяйственным культурам, называют сорняками. Кроме того, посевы одних культур нередко засоряются дру гими видами культурных ра стений — засорителями, снижающи ми качество урожая. Наприме р, в посевах озимой пшеницы можно встретить рожь или ячмень, в посевах яро вой пшеницы - овес. Яровые зерновые культуры часто засорены подсолнечник ом и т. д. При производстве сортовых семян к засорителям относятся все рас тения того же вида, не принадлежащие к дан ному сорту. Система мероприятий по борьбе с сорняками В систему входят все меры по предупреждению зас орения сельскохозяйственных уго дий и все виды мероприятий или их часть по уничтожению се менных зачатков и вегетативных органов размножения в п очве и вегетирующих сорняков в посевах. В практике часто сочетают механи ческие и фитоценотические меры. Сочетание механических и фитоценотических мер успешно применяют в бор ьбе с бодяком полевым. Сущность этого сочетания — систе матическая подрезка появля ющихся побегов сорняка в паровом поле с последующим угне т ением оставшихся жизнеспо собных растений стеблестоем ози мых колосовых культур. Сочетание механического удаления сорняков с последующим биологическим угнетением широко прим еняют при возделывании пропашных культур. Результативность такого мет ода в посевах подсолнечника приближается к действию чистого пара. Широко использую т в производстве сочетание меха нических и химических мер уничтожения сорняков. Особен но повышается эффек т при минимальной обработке поч вы. Засоренность посевов ячменя при этом снижается в 2,5 р аза и количество семян сорняков в почве уменьшается по сравнению с одной обработкой. Особенно это полезно в степных районах, где частые механические обработ ки усиливают ветровую эрозию. Применение гер бицидов в паровых полях позволяет предотвратит ь отрицатель ные явления. Сочетание механических, химических и фитоценотических мер в технологии возделываемых куль тур обеспечи вает более полное уничтожение сорных растений, так как их воздействие на сорняки продолжается несколько лет или даже весь период чередования ку льтур в севообороте Также потери урожая происходят за счет вредителей. Все методы борьбы с вредителями, включаемые в комплексные системы мероп риятий, по характеру их осуществления принято объединять в следующие ос новные группы: 1) агроте хнический метод борьбы; 2) биологический метод; 3) химический метод; 4) физический метод ; 5) меха нический метод; 6) карантин рас тений. Сроки их применения, нормы препаратов, а также методика и техника провед ения в том или ином частном случае освещаются при изложении способов бор ьбы с отдельными видами или близкими группами видов насекомых. Зерновые культуры — основ ной источник производства н аибо лее важных продуктов питания для людей, концен трированных и грубых кормов для животных. Во многих случаях зе рно использу ют как сырье для промышленности. Поэтому не удивительно, что проблеме увеличения производс тва зерна уделяется первостепен ное значение . В повышении урожайности зерновых культур важное место принадлежит бор ьбе с их болезнями, которые нередко приводят к значительному снижению сб ора зерна и ухудшению его качества, а иногда к гибели отдельных площадей посева. В разных районах нашей страны не все болезни одинаково вредоносны. В одн их эколого-г еографических зонах большую вре доносность проявляют од ни болезни, в других — другие. Мероприятия по борьбе с болезнями В борьбе с болезнями особое место отводят правильн ому севообороту и размещению культур в нем, а также осуществлению целого комплекса агроприемов, способствующих повышению устойчивости растени й к болезней и развития их. Наиболее надежным способом борьбы с болезнями всегда следует считать в ыведение и внедрение в производство устойчивых к болезням сортов. Система защитных мероприятий предусматривает также охрану от проникно вения опасных, ранее не встречавшихся в нашей стране болезни растений. Экологическая стандартизация Экологическая ст андартизация — активно развиваю щееся направление нормат ивно-правово го регулирования ох раны окружающей среды и природ опользования. Экологические стандарты — э то прежде всего нормативно-технические документы, в которых определяют ся отдельные экологические требования. Кроме того, в экологическом прав е тем же термином обозначают ПДК загрязняющих ве ществ в окружающей среде (воздухе, воде, почв е) и ПДУ вред ных физических воздействий на ОС. Экологические стандарт ы относятся к подзаконным право вым актам. Кроме специальных стандартов, касающихся вопросов охраны ОС и природоп ользования, ст. 7 Закона от 10.06.93 № 5154-1 «О стандартизации» предусматривается, ч то если продукция , ра боты или услуги , на которые разра батываются государственные стандарты , касаются вопросов охраны окружающей среды , то такие стандарты должны со держать требования по их безопасности для окружающей среды , жизни и здоровья людей . Госстандартом РФ в настоящее время разработано и утверждено более 50 оте чественных экологических стандартов. Центральным является ГОС Т 17.0.0.01— 76 «Система стандар тов в области охр аны природы и улучшения использования природных ресурсов», введенный в действие еще в 1977 г. В системе стандартов в области охраны природы (ССОП), представляющей ком плекс взаимосвязанных экологических стандартов, используется определенная структура обозначе ний. Так, цифровой код Г ОСТ 17.2.3.02— 78 («Охрана приро ды. Атмосфера. Правила установл ения допустимых выбросов промышленными предприятиями») означает следу ющее: «17» — система ССОП; «2» — шифр подсистемы (2 — атмосфера); «3» — шифр направлени я действия стандарта (3 — прави ла охраны природы и рационального испо льзования природ ных ресурсов); «02» — порядковый номер стандарта в данном направлении; «78» — год утверждения или пересмотра стандарта. Промышленно развитые страны перв ыми ощутили на себе экологические проблемы XX в., выработали и реализовали оп ределенную стратегию управ ления ОС, т. е. применили эколо гически орие нтированные методы управления. Большой прак тический опыт, накопленный мировым сообществом в области охр аны ОС, стал основой ряда международных стандартов. Международная организация по стандартизации 1 (ИСО), продолжая традиционную для своей деятельност и разработку стандартов на методы кон троля компоненто в биосферы (воз дух, вода, почва), в 90-е год ы приступила к созданию комплек са междунаро дных стандарт ов на системы экологического уп равления, а именно стандарты ИСО серии 14 000. Для этого в 1993 г . ИСО создала Технический комитет ИСО «Экологическое управление» — ИСО/ТК 207 . Для использования международного опыта в нашей стране разрабатываются и постановлениями Госстандарта России вводятся в действие отечественные стандарты, представляющие собой аутентичн ые тексты международных стандар т ов ИСО серии 14 000. В 1998— 2001 гг. в РФ были приняты и введены в действие первые 14 стандартов, в том числе: - три стандарта по управлению ОС (экологиче скому ме неджменту); - три стандарта по экологическому аудиту (см. разд. 10.4.8); четыре стандарта по оценке жизненного цикла продукции (системы услуг) и экологической эффективност и; - три стандарта — экологические этикетки и декларации; - один стандарт — сло варь основных терминов с опреде лениями. Полное официальное обозначение и название первого из этих стандартов: Г ОСТ Р ИСО 14 001-98 «Системы управления окружающей средой. Треб ования и руководство по примене нию». Создание стандартов ИСО серии 14 000 есть результат настоятельной междунар одной необходимости. Их создание еще практически только началось . На первом этапе работы (в бли жайшее время) предполаг ается подготовить 20— 30 междуна родных экологи ческих стандартов такого типа. Методология оценки жизненного цикла пока еще находится на ста дии становления и , как признается в самом стандарте , восприимчива для включения в нее новых научных результатов и усовершенствования технологий . Список литературы 1. Агроэколоргия. Под ред. В.А. Че рникова А.И. Черкесова. М.; Колос 2000г. 2. Экология. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Уч ебник для ВУЗов – М.; ЮНИТИ 1998г. 3. Сельскохозяйственная экология. И волин В.М. учебное пособие. Новочеркесск 1991г. 4. Экология. Никол а йкин Н.И. и др. М.; Дрофа 2003