Учебно-методический комплекс дисциплины. СД. Ф.7 Геоэкология и природопользование. Основная образовательная программа подготовки специалиста по специальности (специальностям) (стр. 16 )

       Каждый отдельный организм является отдельной биологической открытой системой, взаимодействующей с окружающей средой и с др. биологическими системами, находящимися в стационарном состоянии:  скорость поступления веществ и энергии из среды уравновешивается скоростью переноса веществ и энергии из системы. И каждому организму свойственны 2 вида специфических физиологических процессов: первая группа – обеспечивает жизнь (процессы обмена энергией, веществом, разложение и усвоение пищи, дыхание и др) и вторая группа – направлена на выживание организма в сложных внешних условиях (процессы адаптации).  Благодаря им биологические системы способны противостоять изменениям и сохранять состояние  равновесия. (Большаков, 2000. с.232). Это свойство системы наз гомеостазом (греч. гомео - подобный, одинаковый,  стасис - неподвижность, состояние равновесия). 

       Гомеостаз природных систем поддерживается с одной стороны взаимодействием с внешней средой путем материального и энергетического обмена.  С др. стороны, гомеостаз системы поддерживается благодаря внутренним процессам функционирования, осуществляемым при относительно постоянных энергетических затратах и преимущественно за счет рассеянных источников энергии. Гомеостаз системы  определяется ее способностью к саморегулированию и известной устойчивостью по отношению к внешним воздействиям. А это предполагает организованный  обмен веществом, энергией и информацией в пределах системы и с внешн средой, что есть следствием процесса функционирования. Устойчивость проявляется в виде  непрекращающегося во времени функционирования системы при существенном изменении как экологических, так и экономич условий  (Липец,1987; Котляков,2001. с.84).

Устойчивость системы  опред совокупностью устойчивых свойств, связей объектов, устойчивости процессов. Выделяют 3  формы устойчивости:

1 – инертность, т. е. способн геосистемы при внешних воздействиях сохранять свое состояние неизменным в течение заданного интервала времени;

2 – восстанавливаемость, т. е. способн возвращаться после возмущения в исходное состояние;

3 – пластичность, т. е наличие у геосистемы нескольких областей нормальных или допустимых состояний и ее способность в случае необходимости переходить из одного сост в др, сохраняя инвариантные  черты структуры (Гродзинский,1989).

       Гомеостаз наблюдается на всех уровнях биологической организации. Он направлен на поддержание устойчивого функционирования биологических объектов путем саморегуляции. Ее механизмы весьма разнообразны и действуют по принципу обратной связи: всякое отклонение от стационарного состояния вызывает такие процессы, которые возвращают систему в исходное положение (принцип тормозящего противодействия Ле Шателье).

       

Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем экологическую систему (в данном случае биосферу) из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабевает (ляется).

К сожалению, стабильность биосферы имеет пределы, на что указывает правило одного процента: изменение энергетики природной системы в среднем на 1% выводит последнюю из состояния гомеостаза (равновесия).

Экосистемы, как и входящие в их состав популяции и сообщества, способны к самоподдержанию и саморегулированию.        

       Гомеостазом популяции называется способность популяции поддерживать определенную численность своих особей. В основе лежат эволюционно приобретенные  свойства физиологических особенностей, роста, поведения каждой особи и ответ на увеличение или уменьшение числа членов популяции. Популяции присуще важнейшее свойство – саморегуляции. Она осуществляется двумя взаимно уравновешивающими буферными силами: 1). способностью к размножению и 2). зависящей от плотн популяции реакции, ограничивающей воспроизводство. К сокращению рождаемости и увеличению  смертности приводят стресс-реакции и стресс-синдромы (у млекопитающих) (Д. и др. С.82-84).

       Возникает отрицательная обратная связь: повышение плотности популяции усиливает действие механизмов, снижающих эту плотность (тормозящее действие). Головастики выделяют даже химические вещества для задерж роста более мелких головастиков. Угроза перенаселения. Внутривидовая конкуренция.        

       Основа устойчивости биоценозов – это сложный их видовой состав (Д. и др., С.100).

       Осн условие устойчивости экосистем  и всей жизни на Земле состоит в  биологическом разнообразии. Регуляция численности видов в природе  обеспечивается, как правило,  множественными связями. Суть в следующем: отходы жизнедеятльности одних видов организмов утилизируются др. видами (Д. и др. С.116).

Д., с.116. Биолог разнообразие – основное условие устойчивости экосистем.

Д. и др., 2002. с.118.

       Регуляторные свойства

       Принцип отрицательной обратной связи состоит в том, что отклонение системы от нормального состояния приводит в действие такие присущие ей механизмы, которые «пытаются» возвратить ее в норму. Так, возрастание численности жертв приводит к увелич численности хищников и паразитов. Рост плотности популяции выше определенного уровня, в свою очередь, так изменяет связи внутри вида, что падает его воспроизводительная способность или усиливается рассредоточение особей в пространстве. Саморегуляция осущ тем успешнее, чем выше разнообразие видов в биоценозах и чем сложнее структура популяции.

       Высокое биологическое разнообразие повышает надежность обеспечения функций.

       Главные функции биоценоза в экосистеме, такие как создание ОВ, его разрушение и регуляция численности видов, обеспечиваются множеством видов организмов, которые в своей деятельности подстраховывают друг друга. Так, разлож целлюлозы -  компонента  растительной тканей – способны осуществлять самые различные организмы: специализированные бактерии, различные виды грибов, личинки насекомых, дождевые  черви и др. Отсюда становится понятным, что численность насекомых могут сдерживать  многоядн хищники, при более высокой численности – спеализируются паразиты, при еще более высокой – возбудители инфекционных заболеваний или же ужесточается  конкурентная борьба и внутрипопуляционные взаимоотношения.

       Все вышеизложенное позволяет сделать очень важный вывод: главное условие устойчивости всей жизни на Земле состоит в наличии биологического разнообразия.

Поведение экосистем термодинамич. организовано так, что в них работают естеств. механизмы экономичной передачи энергии от одного уровня потребления на др., количество энергии, выделяемой системой в окружающую среду незначительно. С.108. Правило 10% - такое количество энергии переходит к очередному потребителю  по пищевой цепи (правило Линдемана).

Природная система благодаря таким механизмам саморегулирования постоянно стремится к переходу в более организованное и более устойчивое состояние. Энергия в ней естественным образом убывает. Любые системы, в т. ч и природные стремятся к максимальной устойчивости, т. е. способности к самовосстановлению, к усилению гомеостатических свойств, к гармоничному развитию (Котляков).

       Иначе обстоит дело с природно-хозяйственными системами (особенно города, промышленные комплексы). Быстрый рост народонаселения рождает проблемы питания, быта. Развитие цивилизации требует быстрого потребления энергии. Главные энергетические ресурсы быстро истощаются, создавая угрозу экологического кризиса. Интенсивно извлекаются ресурсы (до истощения). Возрастают объемы отбросов, загрязняя среду. Разрушаются природные ландшафты. Развивается кризис редуцентов. Способность саморазвития деградирует, восстанавливается только за счет внешних  источников управления. Представленные самим себе быстро разрушаются.

Приспособительные реакции отдельных членов сообщества к своему абиотическому  окружению способствуют и сохранению сообщества как такового. Целое часто менее изменчиво, чем его составные части.

Концепция обеспечения устойчивости биосферы (Котляков,2001).

(биологической стабилизации, биологического управления экосферой)

Устойчивое развитие – поддерживаемое, сбалансированное.

В идею стабилизации окружающей среды внесли весомый вклад российские ученые: , , .

В соответствии с гипотезой Геи, глобальные процессы, определяющие процессы жизни, регулируются только биологическими механизмами самой биосферы.

Из этого вытекает, что ведущая роль в гомеостазе природной системы принадлежит функциям живого вещества, без которого она быстро деградирует: усиливаются функции и роль механических форм  движения, структура системы упрощается (Большаков и др. с.232) Особенно опасны уменьшение продуктивности биоты и ее деградация.

Устойчивость биосферы Земли существенно зависит от сохранения ее способности развивать большую мощность продуцирования и деструкции биогенов (с.342).т. е обеспечивать высокие скорости синтеза и разложения веществ, которые она берет из внешней среды, а затем возвращает в нее (Горшков, 1990 и др). Эти скорости больше антропогенного воздействия и средних скоростей геофизических процессов. Биота поддерживает концентрацию углерода в атмосфере на постоянном уровне.

Благодаря биоте обеспечивается гомеостазис экосферы, т. е. способность системы поддерживать ее параметры, несмотря на возрастающие антропогенные воздействия (Голубев,267).

Осуществляя биологическое регулирование концентрации веществ в биосфере, т. е поддерживая определенный химический состав окружающей среды, биота реализует принцип Ле-Шателье, направленно изменяя соотношение между синтезом и разложением органических веществ, нарушенное в случае возмущения окружающей среды. Отсюда следует фундамент вывод, что компенсация нарушений в окружающей среде может производиться только невозмущенной или слабо возмущенной биотой.