115. Приведите примеры действия отрицательной обратной связи при регуляции численности. В каких еще биологических системах действуют механизмы отрицательной обратной связи?

Существуют две теории, объясняющие регуляцию численности: 1. Смертность в популяции обусловлена только воздействием физических (погода, пожар, загрязнение) или биологических факторов (хищники) и затрагивает одну и ту же долю особей в популяции независимо от ее численности. Такие факторы, действие которых не зависит от численности популяции, называются факторами, не зависящими от плотности. В данном случае график роста популяции описывается отмеченной выше экспоненциальной кривой. 2. Смертность особей в популяции всегда зависит от численности последней. При этом чем больше численность, тем выше риск гибели. В этом случае на популяцию влияют факторы, зависящие от плотности. При высокой численности популяции начинает ощущаться недостаток ресурсов, ограничивается доступность пищи, возрастает численность врагов, заполняются все доступные места для гнездования и т. д. График роста популяции описывается логистической кривой. При независимом от плотности типе изменения численности обусловливаются в основном абиотическими факторами (погодные явления, наличие пищи, различного рода катастрофы и т. п.) . Эти факторы могут обеспечивать условия как для неограниченного, хотя и кратковременного, роста популяций, так и для снижения их численности до нулевой. Группы этих факторов обычно называют модифицирующими (от лат. «модификацио» - изменение) . Зависимая от плотности динамика популяций обеспечивается биотическими факторами. Их называют регулирующими. Они «работают» по принципу обратной отрицательной связи: чем значительнее численность, тем сильнее срабатывают механизмы, обусловливающие ее снижение, и наоборот -при низкой численности сила этих механизмов ослабевает и создаются условия для более полной реализации биотического потенциала. Факторы такого типа обеспечивают поддержание численности в определенных границах значений. К числу регулирующих факторов относится, в частности, взаимоотношение организмов типа хищник - жертва. Высокая численность жертвы создает условия (пищевые) для размножения хищника. Последний, в свою очередь, увеличив численность, снижает количество жертвы. Численность обоих видов в результате этого носит синхронно-колебательный характер. Регулирующие факторы, в отличие от модифицирующих, никогда не доводят численность популяций до нулевых значений вследствие того, что сила их действия уменьшается по мере уменьшения численности популяций. Данные точки зрения не являются крайними, и ни одну, ни другую из них нельзя принять целиком или отвергнуть. Задача исследователя заключается в том, чтобы выяснить, способны ли виды регулировать свою рождаемость, а если способны, то при помощи какого механизма и при каких условиях. У одних видов наблюдается относительно постоянная численность, плотность других видов подвержена нерегулярным либо циклическим, как у зайца-беляка, колебаниям.

215. В наземных биогеоценозах биомасс потребителей обычно меньше биомасс фотосинтезирующих организмов, а некоторых водных биогеоценозах – наоборот. Как можно объяснить такие явления?

Биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составам живых организмов (биоценоз) и условиями среды обитания (биотоп), объединенных обменом веществ и потоком энергии в единый природный комплекс. В зарубежных странах такие природные комплексы называют экологическими системами (экосистемами). Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Понятие «экосистема» не имеет ранга и размерности, поэтому оно применимо как к простым (гниющий пень, муравейник) и искусственным (аквариум, водохранилище, пшеничное поле), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания, какими являются биоценозы и биогеоценозы. Биогеоценоз, в понимании В. Н. Сукачева, отличается от экосистемы определенностью своего объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности — от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз — это экосистема, границы которой определены характером растительного покрова, т. е. определенным фитоценозом. Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, некоторые протисты, бактерии и цианобактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из диоксида углерода и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии запасена в форме химической энергии. Органические вещества могут затем служить источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов биогеоценоза. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания — диоксид углерода, вода и неорганические вещества — могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещество в данной экосистеме может совершать бесконечный круговорот. Однако содержащаяся в пище энергия не совершает круговорот, а постепенно превращается в бесполезную тепловую энергию. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.

Таким образом, основу биогеоценоза составляют автотрофные организмы — продуценты (производители), которые с использованием солнечной энергии создают для себя богатую энергией пищу. Наиболее важная роль принадлежит высшим растениям, которые, продуцируя органические вещества, дают начало всем трофическим цепям биогеоценоза, служат субстратом для многих животных и микроорганизмов, активно влияют на микроклимат биотопа. Готовые органические вещества используют для получения и накопления энергии первичные и вторичные гетеротрофы (травоядные и плотоядные животные) — консументы. Органические остатки продуцентов и консументов разлагаются на более простые неорганические соединения гетеротрофными редуцентами или деструкторами. К ним относятся бактерии, грибы, многие протисты, а также животные, питающиеся падалью (например, некоторые насекомые и черви). Отсюда следует, что каждый живой организм в составе биогеоценоза занимает определенную экологическую нишу в сложной системе экологических взаимоотношений с другими организмами и факторами неживой природы. Основой любого биогеоценоза являются трофические и сопутствующие им энергетические связи. В нем постоянно происходит перенос веществ и энергии, которые заключены в пише, созданной преимущественно растениями. Перенос потенциальной энергии пищи, созданной растениями, через ряд организмов путем доедания одних видов другими называется цепью питания, или пищевой цепью, а каждое ее звено — трофическим уровнем (от гр. tropke — питание).

Первый трофический уровень образуют продуценты (растения), второй — консументы (травоядные животные), третий — вторичные консументы (плотоядные животные и паразиты). Поскольку каждый организм имеет несколько источников питания и сам используется как продукт питания другими многочисленными организмами из одной и той же пищевой цепи или даже из разных (всеядные организмы, например человек, медведь, воробей, потребляют как продуценты, так и консументы, т. е. живут на разных трофических уровнях), цепи питания многократно разветвляются и переплетаются в сложные пищевые сети. Существуют два основных типа пищевых цепей — пастбищные (цепи выедания, или цепи потребления) и детритные (цепи разложения). Пастбищные цепи начинаются с продуцентов: клевер → кролик → волк; фитопланктон (автотрофные протисты) → зоопланктон (мелкие беспозвоночные) → плотва → щука → скопа. Детритные цепи начинаются от растительных и животных остатков, экскрементов животных — детрита, идут к микроорганизмам, которые ими питаются, а затем к мелким животным (детритофагам) и к их потребителям — хищникам. Детритные цепи наиболее распространены в лесах, где большая часть (около 90 %) ежегодного прироста биомассы растений не потребляется непосредственно травоядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению (сапротрофными организмами) и минерализации. Типичный пример детритной пищевой цепи наших лесов: листовая подстилка → дождевой червь → черный дрозд → ястреб-перепелятник. Кроме дождевых червей, детритофагам и являются мокрицы, клещи ногохвостики, нематоды и др.

Пищевые сети внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру. Она характеризуется количеством, размером и общей массой организмов — биомассой на каждом уровне цепи питания. Для пастбищных пищевых цепей характерно увеличение размеров особей при одновременном уменьшении плотности популяций, скорости размножения и продуктивности их биомасс. Снижение биомассы при переходе с одного пищевого уровня на другой обусловлено тем, что далеко не вся пища ассимилируется консументами. Так, например, у гусеницы, питающейся листьями, в кишечнике всасывается только половина растительного материала, остальное выделяется в виде экскрементов. Кроме того, большая часть питательных веществ, всасываемых кишечником, расходуется на дыхание и лишь 10—15 % в конечном счете используется на построение новых клеток и тканей гусеницы. По этой причине продукция организмов каждого последующего трофического уровня всегда меньше продукции предыдущего трофического уровня в среднем в 10 раз, т. е. масса каждого последующего звена в цепи питания прогрессивно уменьшается. Эта закономерность получила название правила экологической пирамиды.

Различают три типа экологической пирамиды:

1. пирамида чисел — отражает численность отдельных организмов на каждом уровне;

2. пирамида биомассы — количество органического вещества, синтезированного на каждом из уровней;

3. пирамида энергии — величина потока энергии.

Основание в пирамидах чисел и биомассы может быть меньше, чем последующие уровни (в зависимости от соотношения продуцентов и консументов). Пирамида энергии всегда сужается снизу вверх. В наземных экосистемах уменьшение количества доступной энергии обычно сопровождается уменьшением биомассы и численности особей на каждом пищевом уровне. Вследствие таких больших потерь энергии, цепи питания не могут быть очень длинными; обычно они состоят из 3—5 звеньев (трофических уровней). Совокупность всех биогеоценозов (экосистем) нашей планеты создает гигантскую глобальную экосистему, называемую биосферой.

315. Докажите правомерность утверждения: количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным на протяжении длительного процесса времени. Докажите правомерность следующего утверждения: совершается многократный круговорот веществ, входящих в состав живых организмов.

Термин "биосфера" впервые введен в науку австрийским  натуралистом Э. Зюссом в 1875 г. для обозначения общего облика поверхности Земли, ее лика, обусловленного  наличием на планете живых организмов. Целостное учение о биосфере и протекающих в ней процессах, ее строении и функциях развито в 30-е годы XX в. советским геохимиком В. И. Вернадским. Он рассматривал совокупность живых организмов Земли как единый всеобщий фактор, который вовлекает в круговорот косную материю планеты, аккумулируя энергию Космоса и преобразуя ее в энергию земных процессов.

    Под биосферой необходимо понимать специфическую оболочку небесного тела, в пределах которой существует жизнь, т. е. обитают и размножаются живые существа. Согласно данному определению, биосфера включает твердую оболочку Земли (литосфера), водную (гидросфера) и газовую (тропосфера) оболочки.

    Что же характерно для биосферы как особой оболочки земного шара? Во-первых, это область, в которой в значительном количестве имеется жидкая вода, во-вторых, на нее падает мощный поток энергии Солнца, в-третьих, в биосфере существуют поверхности раздела между веществами, находящимися в жидком, твердом и газообразном состоянии. И наконец, в биосфере жизнь защищена озоновым экраном от жесткого ультрафиолетового излучения.

    Литосфера — верхний каменный твердый слой Земли — составляет нижнюю сферу географической оболочки. На равнинах она имеет мощность 30—40 км, в горах— 50—60, а в пределах морей и океанов — 3—10 км. Литосфера состоит из слоя осадочных пород, ниже которых лежат гранитный и базальтовый слои. На суше плотно заселен только тонкий слой: от десятков сантиметров до нескольких метров, но по трещинам, кавернам, пустотам жизнь распространилась в толщу земной коры до глубины 5—7 км (предел глубин, где обнаруживаются жизнеспособные формы), где есть жидкая вода.

    Атмосфера — воздушная оболочка — достигает мощности до 20 тыс. км. Она состоит из пяти слоев. Сфера жизни охватывает первый слой атмосферы — тропосферу — и частично заходит в стратосферу.

В пределах тропосферы ограничивающими факторами служат излучение, недостаток влаги, кислорода и низкое парциальное давление.

Вероятно, на высоте выше 6200 м над уровнем моря хлорофиллоносные растения существовать не могут, хотя отдельные организмы встречаются и на большей высоте. По-видимому, они питаются ногохвостками и клещами (например, пауки), а те в свою очередь довольствуются зернами пыльцы и другими органическими частицами, заносимыми сюда ветрами. В покоящемся состоянии (в виде спор, цист, грибов и бактерий) организмы могут встречаться на высоте до 12—15 км. В жидкой среде (гидросфере) ограничивающими факторами могут служить большое давление и отсутствие света, начиная с глубины 200 м. Несмотря на это, жизнь обнаруживается на глубинах до 11 тыс. м.

Между земной корой, гидросферой и атмосферой происходит взаимообмен веществом и энергией, который находит свое выражение, например, в тектонических движениях (землетрясение, вулканизм). Общая мощность географических оболочек меняется от 80—90 км в горных системах до 25—30 км в океанах.

       Самой активной формой материи во Вселенной является живое вещество. По сравнению с массой Земли масса живого вещества незначительна. Если собрать все население биосферы и гомогенизировать (размельчить) его, то получим слой толщиной в лист бумаги. По расчетам специалистов в сырой массе это будет примерно 240 г/м". Если вещество высушить, то его масса будет еще меньше, так как 75—80 % приходится на долю воды. Несмотря на малую массу, живое вещество, выполняя наиболее существенные функции, является самой важной энергетической частью биосферы.

В целом общая биомасса живого вещества на планете оценивается в 2423,2 млрд т сухой массы (табл. 1). Несмотря на то, что гидросфера составляет около 71 % всей поверхности земного шара, основная масса живого вещества биосферы сосредоточена на континентах (свыше 99,8 %). Вклад океаносферы составляет только 0,13 %.

На континентах преобладают растения (99,2 %), в океане—животные (93,7%). Живое вещество планеты сосредоточено преимущественно в зеленых растениях суши. Организмы, не способные к фотосинтезу, составляют менее 1 %.

Кроме того, биомасса наземных растений по абсолютной величине на четыре порядка больше, чем водных (см. табл. 1). Вместе с тем по своим функциональным особенностям наземные и водные растения вполне сопоставимы. Приблизительно половина кислорода на Земле образуется в процессе фотосинтеза растениями суши (главным образом влажных тропических лесов), вторая половина — мельчайшими растениями гидросферы (фитопланктоном), хотя биомасса тех и других несопоставима между собой. Такое явление объясняется тем, что скорость продуцирования микроскопических растений во много раз выше, чем крупных наземных форм. В этом проявляется одна из общих биологических закономерностей: интенсивность процессов жизнедеятельности (питания, роста, обмена) выше у более мелких организмов. Поэтому при сравнительно небольшой биомассе (0,2 млрд т) величина их продуктивности близка величине продуктивности высших растений (биомасса 2400 млрд т).

Под живым веществом понимают совокупность массы всех организмов, населявших в тот или иной момент нашу планету. По Вернадскому, живые организмы участвуют в круговороте многих химических элементов. Проявление жиз-ни коренным образом изменяет течение всех химических реакций в земной коре, и чуть ли не каждый из элементов проходит в общей цепи превращений через биогеохимическое звено. Таким образом, жизнедеятельность организмов — это глубокий и мощный геологический процесс. Масштабы работы живого вещества таковы, что в течение короткого промежутка времени через живые организмы может пройти все вещество биосферы. Так, весь кислород атмосферы, являясь продуктом процесса фотосинтеза, обновляется благодаря жизнедеятельности зеленых хлоро-филлоносных растений каждые 2 тыс. лет, а все молекулы СОз, участвующие в процессе фотосинтеза,— каждые 300 лет.

        Мощь геологического и геохимического воздействия живого вещества на поверхностные оболочки планеты целиком и полностью определяются его особыми специфическими функциями.

Живое вещество в биосфере выполняет следующие основные функции: газовую, концентрационную и окислительно-восстановительную.

       Одной из важнейших функций живого вещества является газовая, заключающаяся в динамике и трансформации газов в биосфере. Известно, что в процессе фотосинтеза выделяется кислород, который обогащает нашу планету. В настоящее время весь кислород в свободном и связанном состоянии биогенного происхождения. В процессе дыхания и брожения происходит поглощение кислорода и выделение углекислого газа как конечного продукта окислительного процесса, присущего живой системе. В большом количестве выдыхаются азот и пары воды. В процессе газового метаболизма могут выделяться сероводород (при неполном окислении органических веществ), метан и др.

       Живые организмы способны накапливать определенные химические элементы и соединения таким образом, что если в окружающей среде концентрацию элемента принять за единицу, то на первом трофическом уровне у фотосинтезирующих организмов она возрастет в 10 раз, на следующем, например у фитофагов,— в 100—1000 раз. В результате концентрации элементов по трофическим уровням из безвредных в окружающей среде они могут стать токсичными (летальными). Данная функция свойственна разным таксономическим группам организмов в различных количественных отношениях. Этим объясняется тот факт, что хищники высокого ранга (орел, лососи), принадлежащие к высокому трофическому уровню, в пищевых цепях подвержены большим опасностям.

       Концентрационная функция — это эволюционно выработавшееся приспособление, обеспечивающее выживание организмов в существующих условиях обитания, но ставшие вследствие деятельности человека опасным для живых организмов. Результат этой функции в масштабах биосферы — накопление залежей полезных ископаемых, например, известняка, мергеля, туфа, торфа, каменного угля и др.

       Окислительно-восстановительные функции и реакции лежат в основе всякого биологического метаболизма. Если в одних процессах преобладает одна, то в других — другая функция, которые балансируются в масштабе биосферы. Жизнь и прокариот и эукариот — это непрекращающийся синтез и распад органических веществ, объединяющие все живые организмы на Земле. На разных этапах развития биосферы соотношение этих процессов менялось. В частности, в момент возникновения биосферы, когда природа была молода, созидание преобладало над разрушением, что имело для нее определенные последствия. Из первичной атмосферы в большом количестве были изъяты метан, сероводород и углекислый газ, а концентрация свободного кислорода, отсутствовавшего в ней прежде, была доведена до нынешней — 21 %.

       При достижении расцвета теплокровных животных в биосфере это неравенство перешло в относительное равновесие. В этот период времени появился человек. С момента расцвета промышленности до настоящего времени процессы разрушения стали преобладать над созиданием, причем наблюдается тенденция к их увеличению.

Для того, чтобы биосфера существовала и на Земле не прекращалось развитие жизни, в природе должен происходить непрерывный круговорот органического вещества и химических элементов. Единственный способ придать ограниченному количеству вещества свойство бесконечного—это, как считал советский ученый В. В. Вильяме, заставить его вращаться по замкнутой кривой.

       В биотическом круговороте особенно велика роль микроорганизмов, которые, минерализуя органические вещества отмерших животных и растений, превращают их в минеральные соли и простейшие органические соединения. Вновь образованные биогенные элементы используются благодаря распаду и деструкции, осуществляемой в основном микроорганизмами. Единственный источник энергии на Земле, от которого зависит жизнь,— Солнце. Поверхность Земли ежегодно получает около 1,2 • 1020 кДж солнечной энергии. Примерно половина этого количества идет на испарение воды. На синтез органического вещества в процессе фотосинтеза тратится в среднем 0,1—0,2 % от приходящей энергии Солнца. Благодаря этому суммарная первичная продукция Земли за год составляет около 232,5 млрд. т сухого органического вещества. В целом растения ежегодно продуцируют массу органического вещества, равную 10 % от их биомассы, а деструкторы, составляющие примерно 1 % от суммарной биомассы организмов планеты, вынуждены перерабатывать массу органического вещества, в 10 раз превосходящую их собственную. Эти ориентировочные сравнения показывают исключительно тесную связь главных компонентов биотического круговорота. Запасание солнечной энергии на Земле, используемой на жизнедеятельность всех живых организмов, происходит только на первом трофическом уровне, на уровне продуцентов. Во всех остальных звеньях пищевой цепи происходит только ее потребление и расходование с разной эффективностью, сопровождающиеся потерей энергии в виде тепла. Чем выше трофический уровень организма, тем больше эти потери. После отмирания организмов и их полной минерализации органические и минеральные вещества вступают в новый круговорот. Они вновь используются в процессе новообразования органического вещества и его расходования по цепям питания.

       С возникновением на Земле жизни стала возможной непрерывная циркуляция между гидросферой, литосферой и атмосферой химических элементов (Р, N, С, 02, S и др.), которые в своих превращениях проходят через живое вещество: они поступают из внешней среды в организмы, а после их отмирания возвращаются обратно. Такая циркуляция получила название биогеохимического круговорота (или циклов). Если не учитывать поступающего в биосферу космического вещества в виде метеоритов, пыли, то можно считать, что количество вещества, вовлекаемого в биосферные процессы, остается постоянным в течение геологических периодов.

Однако часть вещества в результате геологических изменений может надолго исключаться из этого круговорота. Это биогенные отложения: известняки, каменный уголь, нефть и др., которые многие тысячелетия лежат в земной коре, хотя и не исключено их повторное включение в биосферный круговорот.

       Итак, между неорганической и органической материей на Земле существует неразрывная связь, постоянный круговорот веществ и превращение энергии из одной формы в другую. Круговорот веществ подчиняется закону сохранения вещества и энергии, так как каждый живой организм благодаря существующим цепям питания после окончания жизненного цикла возвращает в окружающую среду все, что взял из нее в течение жизни. Большая часть составляющих неживую природу атомов вновь возвращается в живое вещество, и лишь незначительная выбывает из жизненного цикла за пределы биосферы. Миграция атомов из организма в среду и наоборот не прекращается ни на секунду и была бы невозможна, если бы элементарный химический состав организмов не был бы близок к химическому составу земной коры. Благодаря круговороту веществ и потоку энергии обеспечивается длительное существование жизни. В противном случае запасы необходимых веществ на Земле очень быстро были бы исчерпаны. Таким образом, круговорот является необходимым условием существования экологической системы планетарных масштабов — биосферы. К концепции биосферы В. И. Вернадский подошел после того, как установил роль и значение организмов в процессах геохимической миграции атомов. Это в свою очередь привело ученого к идее биогеохимических циклов элементов и связи планеты Земля с Космосом.

Жизнь на Земле возникла на основе круговорота органического вещества вследствие того, что из него выделился биотический круговорот. Живое вещество, которое образовалось на Земле, вовлекало в грандиозный круговорот все элементы ее поверхности. Так называемая "сфера жизни" явилась гигантским аккумулятором и универсальным трансформатором солнечной энергии. Благодаря ей осуществляется активная связь Земли с Космосом. Если бы на Земле не было жизни, не было биосферы, то работа солнечного луча сводилась бы лишь к перемещению газообразных, жидких и твердых тел по поверхности планеты и их временному накапливанию. Солнечная энергия не совершала бы на Земле созидательной деятельности, так как она не могла бы ни удерживаться на ней, ни преобразовываться в необходимую для этого форму. Процесс фотосинтеза, преобразования атомов в сложное органическое вещество, обладающее большими запасами  заключенной в них энергии, осуществляют земные хлорофиллоносные растения. Процесс фотосинтеза, его биологическая сущность были раскрыты задолго до Вернадского, но именно он показал, что благодаря фотосинтезу меняется лик Земли. Преобразуя солнечную энергию в свободную (химическую, механическую, тепловую, электрическую и др.), живое вещество постоянно нарушает относительное химическое спокойствие, которое присуще планете самой по себе. С момента своего возникновения биосфера претерпевает постоянные изменения, проявляющиеся в увеличении разнообразия видов, усложнении их организации и росте биомассы. Благодаря деятельности хлорофиллоносных растений в атмосфере появился свободный кислород. При достижении им определенной концентрации (1 % от содержания в современной атмосфере) возник озоновый экран, защищающий живое вещество от жесткого ультрафиолетового излучения. При такой концентрации некоторые микроорганизмы выработали механизмы окислительного метаболизма. На этой стадии развития Земли возник окислительный обмен веществ и появились первые многоклеточные организмы. В геологических масштабах времени и истории Земли происходили значительные изменения: жаркий климат сменился холодным (период оледенения), чередовались подъемы и опускания суши, менялись очертания и размеры материков и океанов. Но, несмотря на это, жизнь продолжала существовать и развиваться. И именно благодаря ей изменился облик планеты Земля.

415. На протяжении какой эпохи человек значительно изменил видовой состав животного мира в зонах обитания в целом? С какого времени начинается техногенная эпоха в истории человечества? Что такое технология земледелия, скотоводства и других отраслей хозяйства человека?

В истории органического мира были периоды нарастания и спада биоразнообразия, когда на арену жизни выходили одни группы организмов, сменяя других. Мы судим об этом по их остаткам: окаменелостям, отпечаткам, следам жизнедеятельности и т. п. Все это

изучает палеонтология. По данным палентологической летописи, богатство фауны и флоры в минувшие геологические эпохи сильно изменялось. Хотя его трудно сопоставить с современным разнообразием, главным образом из-за неполноты этой летописи, все же можно говорить о периодах расцвета, доминирования и угасания крупных таксонов:

классов, отрядов и семейств. Так, Грант [2а] приводит следующие сведения. В докембрии (670 млн лет до н. э.) доминировали беспозвоночные животные с мягким телом, в основном кишечнополостные и кольчатые черви. На протяжении кембрия и силура (590Ч438млн лет до н. э.) процветали морские беспозвоночные с твердой раковиной. Панцирные рыбы получили максимальный расцвет в девоне (408 млн лет до н. э.), хрящевые рыбы – в карбоне (360 млн лет до н. э.), насекомые господствовали с позднего карбона до кайнозоя (290Ч65 млн лет до н. э.), костные рыбы - с триаса до кайнозоя (248Ч2 млн лет до н. э.), амфибии - от середины карбона до триаса (300Ч248 млн лет до н. э.), рептилии были наиболее разнообразны и многочисленны с пермского по меловой периоды (286Ч144 млн лет до н. э.), а млекопитающие и птицы достигли расцвета только в кайнозое (65 млн лет до н. э. - современность).

Расцвет и угасание отдельных крупных ветвей - филумов - естественный эволюционный процесс, который сопровождает изменения условий среды на земном шаре или в его крупных регионах (рис. 1). В конечном итоге большинству видов рано или поздно суждено вымирание. Некоторые из них преобразуются в более продвинутые в эволюционном отношении типы, но большинство в конце концов не сможет приспособиться к постоянно возникающим новым условиям среды или конкурировать с более адаптированными организмами и вымирает. В качестве примера можно привести эволюционную историю семейства Equidae (лошади), в котором с момента появления первого вида и до наших дней из 18 родов вымерло 17 и 9/10 всех их видов. В наше время семейство представлено одним родом Equus с восемью видами (зебры, кулан и дикий осел, а также лошадь Пржевальского). Если учесть, что число ныне живущих видов животных составляет около 1% числа всех ранее живших на земном шаре, то становится очевидным, что вымирание представляет собой одно из наиболее ярко выраженных эволюционных явлений. Конечно,

для каждой эпохи характерно вымирание каких-то определенных видов. Однако одни геологические периоды отличаются гораздо более интенсивным вымиранием, чем другие. Настоящая причина вымирания какого-либо ископаемого вида скорее всего, так и не будет

достоверно установлена. Но массовые вымирания, приходящиеся на конкретные отрезки геологической истории, без сомнения, были связаны с большими изменениями в окружающей среде. Высказано много соображений относительно причин массовых вымираний. В первую очередь это экзогенные причины, к которым относятся горообразовательные процессы,

трансгрессии и регрессии Мирового океана, ледниковые эпохи и даже астероидные бомбардировки нашей планеты. В противоположность этим гипотезам некоторые авторы усматривают причины вымирания в тех процессах, которые протекают в экосистемах. По их мнению, экзогенные факторы и события лишь провоцируют преобразования биот (флор и

фаун), но смену их состава следует объяснять организацией членов биоты и сообществ,если говорить о вымирании в ограниченных (не глобальных) масштабах, то главную роль в вымирании играет конкуренция, а изменение климата имеет лишь второстепенное значение.

Сельское хозяйство имеет две отрасли: земледелие и животноводство. Они служат удовлетворению потребностей людей, органически дополняют друг друга в хозяйственном использовании природных, материально-технических и трудовых ресурсов. В земледелии производятся корма, без которых невозможно развитие животноводства. Из этого следует, что земледелие является первичным, а животноводство — вторичным цехом сельскохозяйственного производства, где земледельческая продукция утилизируется в высококалорийные продукты и ценное промышленное сырье. Отходы животноводства, главным образом навоз, служат важным средством повышения плодородия почв. Рост продуктивности животноводства невозможен без увеличения производства кормов, которое должно идти преимущественно за счет повышения урожайности культур, особенно богатых белком.  Будущее сельского хозяйства непосредственно определяется достижениями научно-технического прогресса, современный уровень которого позволяет выращивать продовольственные культуры в искусственных условиях, без почвы, производить продукты питания с помощью химии, изменять их свойства. Однако основной в производстве сельскохозяйственной продукции остается жизнедеятельность растений. Поэтому усилия людей должны быть направлены на повышение их продуктивности и более рационального использования.  Примерно ⅔ розничного товарооборота в Республике Беларусь составляют продукты сельского хозяйства и товары, производимые из сельскохозяйственного сырья.  Сельское хозяйство призвано выполнять три важнейшие задачи:  1. обеспечивать население страны высококачественным продовольствием, т. е. быть гарантом продовольственной безопасности;  2. снабжать пищевую и легкую промышленность в достаточном количестве необходимым сырьем. В целом и эта задача выполняется, хотя имеющиеся мощности могут переработать и значительно большие объемы сырья;  3. сохранять привлекательными ландшафты в качестве жизненного пространства, территории для расселения людей, создания зон отдыха, зон развития агротуризма. Эта задача решается частично. 

Задание №2

Экологическое состояние почвы.

Минеральное питание является одной из важнейших физиологических функций деревьев (и всех растений, не только древесных). Значение минеральных веществ для растений сложно переоценить, так как онивыполняют обширное число различных функций в организме растения. Они входят в составы всех тканей растения, являются катализаторами в реакциях, в осмотических процессах выступают регуляторами и еще многие другие функции. Причем каждый отдельный элемент (минерального питания) в организме растения выполняет, сугубо индивидуальные и специфические функции, в результате чего практически все из них взаимно незаменяемые. Минеральное питание, потребляемое растением из почвы, условно делится на микроэлементы и макроэлементы.

Макроэлементы – такие элементы питания, которых необходимо для растений в большом количестве (N азот, P фосфор, K калий, S сера, Ca кальций, Mg магний, Fe железо и др.).

Микроэлементы – такие элементы питания, которых необходимо очень малое количество, но не менее важные для нормального роста и развития растений (Cu медь, Zn цинк, Mo молибден, B бор, Co кобальт и др.).

Положительные результаты в деле выращивания посадочного материала в лесном питомнике во многом зависят от обеспеченности их элементами минерального питания. Эффективным приемом агротехнического ухода является применение удобрений при основной обработке почвы, перед посевом (посадкой) посадочного материала (семян) или совместно с посадкой и посевом, а также в ходе всего периода выращивания культур.

Минеральное удобрение оказывает разностороннее действие на почвенные условия:

— первостепенное действие – пополнение питательных веществ в почве;

— изменяют в положительную сторону реакцию почвенной среды;

— улучшают физические свойства почвы;

— повышают и улучшают жизнедеятельность почвенных микроорганизмов;

— улучшают водный режим почв.

Важность и необходимость применения минеральных удобрений объясняется недостаточными плодородными свойствами почвы, а еще и тем, что во время выкопки посадочного материала с корневой системой и комом земли с участка вывозится плодородный слой почвы, который необходимо восполнять для возможности дальнейшего выращивания качественного и жизнеспособного посадочного материала.

Реакцию среды относят к числу важнейших свойств почвы. Она обусловлена наличием в почвенном растворе водородных (Н+) и гидроксильных (ОН-) ионов и их соотношением. Реакцию почвы характеризуют величиной рН, представляющей собой отрицательный логарифм активности ионов водорода. При увеличении Концентрации Н+ величина рН снижается, а когда концентрация Н+-ионов уменьшается, величина рН возрастает. В зависимости от реакции среды почвы бывают очень сильнокислые (рН<4,0), сильнокислые (4,1-4,5), среднекислые (4,6-5,0), слабокислые (5,1-5,5), нейтральные (5,6-7,4), слабощелочные (рНН2О = 7,5-8,0), среднещелочные (8,1-85), сильнощелочные (8,6-10,0), резкощелочные (10,1-12,0). На реакцию среды почвы влияют общая направленность почвообразовательного процесса, химический и минералогический составы почвы, содержание и состав органического вещества, состав обменных катионов, наличие или отсутствие солей, жизнедеятельность живых организмов, состав почвенного воздуха и влажность почвы. В свою очередь, от реакции среды зависят свойства почвы и характер процессов, протекающих в ней. С реакцией среды связаны растворимость многих соединений и доступность элементов питания растениям, жизнедеятельность микроорганизмов, образование гумусовых кислот, распад и синтез минералов. От реакции среды во многом зависит подвижность минеральных и органических веществ почвы, что создает предпосылки для вовлечения их в миграционные потоки.  Реакция среды различных почв колеблется в широких пределах. Кислая и сильнокислая реакция среды свойственна красноземам, желтоземам, подзолистым и торфянисто-подзолистым почвам, торфу верховых болот. Сильнощелочную реакцию среды имеют многонатриевые солонцы и содовые солончаки, нейтральную — черноземы, темно-серые лесные и темно-каштановые почвы. Кислотность почв - способность почв нейтрализовать компоненты щелочной природы, подкислять воду и растворы нейтральных солей. Различают актуальную и потенциальную кислотность, которая подразделяется на обменную и гидролитическую.

К засоленным относятся почвы, в которых содержатся мине­ральные соли в количествах, вредных для растений. Угнетение сельскохозяйственных культур начинается при содержании в про­филе солей более 0,25 % массы почвы. Засоленные почвы не имеют сплошного распространения, а встречаются отдельными пятнами среди основного почвенного типа, образуя с последним комплексы. Распространены они во всех зонах, но наиболее в Казахстане, Средней Азии, Западной Сибири, Среднем и Нижнем Поволжье, на юге Украины. Образование засоленных почв связано с накоплением солей в грунтовых водах и породах и условиями, способствующими их аккумуляции в почвах.

Значительное количество солей образуется при выветривании пород. Ежегодный приток легкорастворимых солей в океан с суши составляет 2735 млн. т, около 1 млрд. т солей каждый год поступает в бессточные области материков. Много легкораствори­мых солей образуется при извержении вулканов. В перераспределении солей большую роль играют ветер, по­верхностные и текущие воды, однако ведущим фактором, кото­рый влияет на накопление и перераспределение солей в почвах, является климат. Соотношение количества осадков и испарения, фильтрационные свойства почвы, почвообразующих пород, раство­римость солей в различных климатических условиях сильно изме­няются, в связи с чем в распределении солей на территории суши отчетливо наблюдается определенная зональность. Концентрация солей в грунтовых водах и почвах увеличивается по мере увели­чения засушливости климата. Наиболее высокая концентрация со­лей отмечается в пустынной зоне и наименьшая — в степной и ле­состепной зонах.