013. Учение о геосистемах
Учение о географических системах (геосистемах) является одним из главных фундаментальных достижений эколого-географической науки. Оно по-прежнему активно продолжает разрабатываться и обсуждаться. Поскольку это учение имеет не только глубокий теоретический смысл в качестве ключевого базиса для целенаправленного накопления и систематизации фактического материала с целью получения нового знания. Велика и его практическая значимость, так как именно такой системный подход к рассмотрению инфраструктуры географических объектов лежит в основе географического районирования территорий, без которого невозможно выявлять и решать ни локально, а тем более глобально, какие-либо проблемы, касающиеся в той или иной мере взаимодействия человека, общества и природы: ни экологические, ни природопользования, ни вообще оптимизации взаимоотношений человечества и природной среды.
Географическая оболочка - среда обитания человека и объект исследования географов - находится в зоне динамического соприкосновения и взаимодействия эндогенных, экзогенных и космических процессов, разных геосфер: литосферы, биосферы, гидросферы, атмосферы.
Географами уже давно было замечено, что природные компоненты, составляющие естественную среду жизни человека, находятся в зависимости один от другого и в своем размещении по земной поверхности образуют взаимосвязанные территориальные сочетания. В географической литературе эти сочетания описывались под разными названиями: типы, или роды, местностей, ландшафты, природные территориальные комплексы, географические комплексы, геокомплексы, геосистемы.
В реальности подобных территориальных комплексов, или систем, легко убедиться, пересекая любую территорию по какому-либо направлению, т.е. по линии профиля. Так, перемещаясь с севера на юг, можно проследить, как вслед за изменениями климата происходит постепенная, но вполне согласованная, закономерная зональная смена условий общей обводненности территории, характерных форм рельефа, почв растительности и животного мир.
Чтобы заметить тесную взаимную пространственную приуроченность перечисленных компонентов и реальность образуемых ими сочетаний, вовсе не обязательно проделывать маршруты в сотни и тысячи километров по меридиану. Наглядное представление о географических комплексах может дать небольшой профиль, проложенный от речной долины к ближайшему водоразделу. Именно такие профили ввели в практику географических исследований ученики В. В. Докучаева Г. И. Танфильев (1857-1928), Г. Ф. Морозов (1867-1920) и Г. Н. Высоцкий (1865-1940) около ста лет назад. В качестве удачного примере можно привести комплексный профиль участка лесостепи из знаменитой книги Г. Ф. Морозова “Учение о лесе”, впервые изданной в 1920 году. Этот профиль сопровождается планом, так что в совокупности получается как бы объемное трехмерное представление сравнительно небольшого пространства, отчетливо дифференцированного на последовательно сменяющие друг друга комплексы. Каждый из девяти комплексов отличается своим положением в рельефе, материнской породой, почвой, растительностью. Если бы по этому профилю проводились наблюдения, над микроклиматом, уровнем грунтовых вод и другими природными явлениями, то в них непременно обнаружились бы различия по участкам профиля.
Географические компоненты взаимосвязаны не только в пространстве, но и во времени: их развитие происходит сопряженно. Так, колебания климата вызывают изменения органического мира, уровня озер, водности рек, характера почв и даже рельефа. Поднятия и опускания земной коры влекут за собой перемены в климате, водном режиме, что, в свою очередь, неизбежно вызовет перестройку биоценозов, почв и географических комплексов в целом. Правда, перемены скажутся не сразу, поскольку каждому компоненту присуща большая или меньшая инерционность, и нужно время, чтобы они снова пришли в соответствие между собой.
Таким образом, географический комплекс (или геосистема) представляет собой определенную целостность не только в пространстве, но и во времени, и его можно определить как пространственно-временную систему географических компонентов, взаимообусловленных в своем размещении и развивающихся как единое целое.
Что касается терминологии, то в настоящее время в географической литературе употребляются как синонимы природный территориальный комплекс (ПТК), геокомплекс и геосистема. Последний термин, предложенный в 1963 г. В. Б. Сочавой, представляется наиболее удачным.
К геосистемам относятся и такие сложные обширные системы, как ландшафтные (природные) зоны (например, тундра, тайга, лесостепь), и относительно простые образования, наподобие показанных на рисунке 1 (болота, дюнные холмы с сосняками и т. п.). Нужно, следовательно, различать уровни организации геосистем. Здесь мы укажем пока только три главных уровня геосистемной иерархии: глобальный (иначе - планетарный), региональный и локальный .
Глобальный уровень представлен на Земле в единственном числе, а именно - географической оболочкой, которую короче называют эпигеосферой. Геосистемы регионального уровня - это крупные структурные части эпигеосферы, в том числе ландшафтные зоны, а также секторы, провинции, ландшафты и некоторые другие. Наконец, к геосистемам локального уровня относят наиболее простые комплексы, из которых построены региональные геосистемы. Чем выше ранг геосистемы, тем сложнее ее строение, которое раскрывается через характер сочетания подчиненных систем низших рангов. И чем ниже ранг, тем проще устроена геосистема, тем она однороднее. Последовательно спускаясь “сверху вниз” по таксономической лестнице геосистем, мы в конечном счете придем к последней ступени - к однородной, географически далее неделимой единице - так называемой фации.
014. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА, ИЛИ НАУКА ОБ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ, ИЛИ ЭКОЛОГИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Окружа́ющая среда́ — обобщённое понятие, характеризующее природные условия некоторой местности и её экологическое состояние. Окружающая среда обычно рассматривается как часть среды, которая взаимодействует с данным живым организмом (человеком, животным и так далее), включая объекты живой и неживой природы.
"Современная экология - новая область знаний, наука о выживании в окружающей среде, фундаментальная основа для природоохранного и средоохранного знания.... Для нее характерен широкий, системный межотраслевой взгляд, она из сугубо биологической науки преобразовалась в значительный цикл знаний, вобрав в себя разделы многих наук" (Н. Реймерс, 1992). "Экология - в недалеком прошлом одна из биологических наук - стала междисциплинарной наукой, проблемы которой приобрели глобальный характер" (К. Сытник, 1997).
Следовательно, современная ЭКОЛОГИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ - это комплекс наук о строении, функционировании, взаимосвязях поликомпонентных и многоуровневых систем (природа - общество) и средствах корреляции взаимного влияния техносферы и биосферы с целью сохранения жизни на Земле.
Термин «окружающая среда» произошел от французского слова «environia», что означает окружение. Оно включает как абиотическую (физическую или неживую), так и биотическую (живую) среды. Слово среда представляет собой совокупность природных условий, благодаря которым возможна жизнь организмов. Окружающая среда и организмы являются двумя динамическими и сложными компонентами природы. Окружающая среда регулирует жизнь организмов, включая людей. Люди более энергично взаимодействуют с окружающей средой, чем другие живые существа. Обычно окружающая среда относится к материалам и силам, окружающим живой организм.
Окружающая среда – это совокупность условий, которые окружают нас в данный момент времени и пространства. Она состоит из взаимодействующих физических, биологических и культурных элементов, которые взаимосвязаны как индивидуально, так и коллективно. Окружающая среда представляет собой совокупность условий, в которых организму приходится выживать или поддерживать свой жизненный процесс. Она влияет на рост и развитие живых форм.
Окружающая среда состоит из атмосферы, гидросферы, литосферы и биосферы. Главными ее компонентами являются почва, вода, воздух, организмы и солнечная энергия. Она предоставляет человечеству все природные ресурсы для обеспечения комфортной жизни.
1. По словам П. Гисберта «Окружающая среда – это нечто, окружающее объект и оказывающее на него непосредственное влияние».
2. По словам Е. Росса «Окружающая среда – это внешняя сила, которая влияет на нас».
Таким образом, среда относится ко всему, что окружает объект и оказывает на него непосредственное влияние. Наша окружающая среда влияет на нашу жизнь или деятельность. Окружающая среда человека подвержена воздействию различных факторов, которые могут быть естественными, искусственными, социальными, биологическими и психологическими.
Виды
Окружающую среду можно условно разделить на два вида или типа, такие как микро-среда и макро-среда. Ее также можно разделить еще на два других вида, таких как физическая (неживая) и биотическая (живая) среда.
Микро-среда относится к непосредственному локальному окружению организма.
Макро-среда относится ко всем физическим и биотическим условиям, которые окружают организм извне.
Физическая среда включает все абиотическим факторы или условия, такие как температура, свет, осадки, почва, минералы и т. д. Она включает в себя атмосферу, литосферу и гидросферу.
Биотическая среда включает все биотические факторы или живые формы, такие как растения, животные, микроорганизмы.
Социальная среда - человеческое общество во всех его проявлениях влияющее на рассматриваемый организм (объект)
Роль окружающей среды сложно переоценить, ведь она представляет совокупность всех необходимых условий, которые нужны любому живому организму для питания, размножения, функционирования и т.д.
Если окружающая среда изменяется под воздействием различных антропогенных факторов, она не способна в полной мере обеспечить здоровье экосистем и каждого организма, в частности.
Окружающая среда предоставляет:
различные места обитания;
природные ресурсы;
биологическое разнообразие видов;
климатические условия;
воздух и пищу;
строительные материалы;
медикаменты;
эстетическую красоту и многое другое.
Б. Небел Наука об окружающей среде: Как устроен мир: В 2-х томах
Книга американского автора - один из лучших учебников по охране окружающей среды, широко используемый в колледжах США. Перевод сделан с 3-го, переработанного и дополненного издания. В 1-м томе рассмотрены общие свойства экосистемы, условия их устойчивости, проблемы деградации почв и вод, загрязнения среды сточными водами, промышленными газами и ядовитыми отходами производства.
Для школьников старших классов, преподавателей биологии в школе, всех интересующихся проблемами экологии и охраны среды.
015. ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ
Прикладная экология - экология измененных человеком природных систем и среды, или экология природно-антропогенных систем и учение о природно-антропогенной (иногда техногенной) среде.
Прикладная экология - изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса и разрабатывает принципы рационального использования природных ресурсов. Научную основу составляет система обще экологических законов, правил и принципов.
Прикладная экология» призвана решать конкретные вопросы природопользования, определять допустимые нагрузки на среду, разрабатывать методы управления природными системами (экосистемами) и способы «экологизации» различных видов деятельности человека.
Основные прикладные задачи, которые экология должна решать в настоящее время, следующие:
- прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;
- улучшение качества окружающей природной среды;
- сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов.
- оптимизация инженерных, экономических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения экологически безопасного устойчивого развития, в первую очередь в экологически наиболее неблагополучных районов.
Прикладная экология — раздел экологии, результаты исследования которого направлены на решение практических проблем охраны окружающей среды (защита от загрязнения среды токсикантами, рациональное использование природных ресурсов, совершенные технологии в различных отраслях хозяйства и др.).
Виды прикладной экологии, классификация
Прикладную экологию можно классифицировать по следующим признакам:
по конкретным объектам и средам исследования;
в зависимости от среды, местообитания организмов;
в зависимости от взаимодействия с другими отраслями;
экология человека: взаимодействие антропосистемы и биосферы.
Направления прикладной экологии
Существует несколько направлений прикладной экологии:
промышленная;
сельскохозяйственная;
медицинская;
химическая;
городская;
экономическая;
математическая;
юридическая;
инженерная.
Промышленная экология исследует взаимодействие промышленности и окружающей среды, и наоборот – влияние природных условий на функционирование предприятий.
Сельскохозяйственная экология рассматривает те проблемы окружающей среды, которые возникают вследствие агропромышленной деятельности.
Медицинская экология – дисциплина, которая изучает влияние окружающей среды на здоровье населения.
Химическая экология – раздел, выявляющий прямое и побочное воздействие химических веществ на окружающую среду, и изучающий возможные решения снижения их отрицательного влияния.
Городская экология – научная дисциплина, изучающая закономерности взаимодействия человека с городской средой.
Экономическая экология – разрабатывает экономические механизмы рационального природопользования. В него включают оценку стоимости природных ресурсов, например, воды, нефти, газа, древесины и т.д.
Математическая экология объединяет математические модели и методы, используемые при решении проблем связанных с экологией.
Юридическая экология разрабатывает свод законов, направленных на охрану окружающей среды.
Понятие инженерная экология является относительно новой дисциплиной, которая изучает взаимодействие природы и техники. Она занимается решением вопросов о сохранении энергии, производственного актива и контроля отходов от человеческой деятельности.
Методы прикладной экологии
Существует несколько методов прикладной экологии:
метод системного подхода;
метод моделирования;
метод эксперимента;
метод регистрации и оценки;
мониторинг;
метод количественного учета организмов, оценки биомассы и продуктивности;
метод демографии;
кибернетические исследования и метод математического моделирования.
При системном подходе исследуются взаимодействия аналитических и синтетических принципов.
Эксперименты применяются при изучении влияния экологических факторов на живые организмы. Такие исследования проводятся в лабораторных условиях. В них моделируют ситуации и отслеживают реакцию живых организмов на конкретных природных факторах.
К методам регистрации и оценки состояния среды относятся:
Метеорологические наблюдения – регистрация атмосферных явлений.
Измерения температуры, прозрачности, солености воды и анализ ее химического состава.
Определение характеристик почвенной среды, измерение радиационного фона и т.п.
Мониторинг – периодическое или непрерывное слежение за состоянием окружающей среды.
Метод количественного учета организмов, оценки биомассы и продуктивности. Для этого применяются подсчеты особей на региональных площадках, в объемах воды или почвы, наблюдения за животными с помощью телеметрии, аэрокосмическая регистрация численности стад, скопления рыб, густоты древесины.
Метод демографии используется для изучения динамики численности популяций.
Кибернетические исследования и метод математического моделирования. С помощью данного метода создается имитационное моделирование, в основе которого лежит вычислительная техника. Развитие программного обеспечения хорошо подходит для решения глобальных проблем с применением глобального моделирования. Эти методы дают возможность построить прогнозы относительно глобального развития.
В настоящее время наблюдается осознанный подход к экологии. Людей все чаще интересует производитель, экологичность потребляемых товаров. В мире моды начали уходить от использования натурального меха. Стала активнее внедряться сортировка мусора на биоразлагаемые и неразлагаемые отходы. Наблюдается стремительное развитие рынка электромобилей.
016. АГРОЭКОЛОГИЯ, ИЛИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ
Агроэкология, или сельскохозяйственная экология, - комплекс наук, исследующих возможности сельскохозяйственного использования земель для получения растениеводческой и животноводческой продукции при одновременном сохранении сельскохозяйственных ресурсов (почв, естественных кормовых угодий, гидрологических характеристик агроландшафтов), биологического разнообразия и защите экологической среды обитания человека и производимой продукции от сельскохозяйственного загрязнения.
Сельскохозяйственная экология (агроэкология) – раздел прикладной экологии, изучающей взаимоотношения культивируемых человеком организмов, их популяций и сообществ с окружающей средой.
Основным объектом сельскохозяйственной экологии является агроэкосистема. Агроэкосистема – это искусственно созданная и регулярно поддерживаемая человеком экосистема сельскохозяйственных ландшафтов (полей, искусственных пастбищ, огородов, садов, лесных насаждений т т.д.). Агроэкосистемы занимают примерно 10% поверхности суши (около 1,5 млрд. га), но при этом дают человечеству > 90% пищ. продуктов.
Основой агросистемы являются искусственные фитоценозы или зооценозы. Агроэкосистема находится в непосредственной связи с почвой, почвенной и атмосферной влагой, атмосферным воздухом, грунтовыми водами.
Агроэкосистемы создаются человеком для получения высоких урожаев, поэтому кроме энергии солнечного света получают дополнительную энергию в виду обработки почв, применения минеральных удобрений и пастбищ. Поэтому биологическая продуктивность агроценозов обычно выше природных биогеоценозов. Другое отличие агросистемы – она представляет обычно монокультуру, конечная продукция которой изымается человеком из естественного отбора, что приводит к разрыву круговорота веществ. Так как культивируемые человеком виды растений и животных созданы за счет искусственного отбора, то такие виды неконкурентоспособны с дикими видами, поэтому они не могут существовать без поддержки человека.
Почва. Мировая наука с тревогой оценивает возможные последствия для планеты изменения природной суши, вызванное индустриальной и аграрной деятельностью человека. Наряду с атмосферой и гидросферой негативным воздействиям подвержена и почва. Всего в мире обрабатываемые почвы, за использованием пастбищ, занимают сегодня около 11% суши, а испорченные земли (овраги, сливы) – 3%. Т.е. >25% обрабатываемых земель. Если же считать и земли, выведенные из землепользования в связи с подтоплением, засолением и т.п., то за все время своего существования человечество потеряло половину всех земель, пригодных для сельского хозяйства. Ресурсы сельскохозяйственных угодий убывают за счет эрозии, выдувания, заболачивания, засоления, радиационного загрязнения, зарастания мелколесьем и кустарником, отчуждения под строительство городов и поселков, промышленных предприятий, прокладкой коммуникаций. Почвы, великое богатство России буквально «горят у нас под ногами», сокращая валовые сборы основных сельскохозяйственных культур.
Эрозия почв – смыв текучей водой делится на поверхностную и линейную (овражную). Не меньше, если не больше потери приносит ирригационная (поливы) эрозия – разрушения и переотложения почв и грунтов в процессе полива или дождевания. Наряду с уклоном овражной территории причиной ирригационной эрозии являются низкая водопроницаемость почв и их невысокая противоэрозийная устойчивость. Ущерб от загрязнения окружающей среды продуктами слива существенно превосходит ущерб от самой ирригационной эрозии. Масштабы загрязнения поверхности вод смытыми с полей удобрениями и пестицидами ставят сельское хозяйство в один ряд с промышленностью.
Дефляция (выдувание почвы ветром) различается на повседневную, когда почва пылит под ветром малой скорости и вызываемую ветром большой, иногда ураганной скорости (пыльные бури). Опасные виды антропогенной дефляции возникают при введение в сельскохозяйственный оборот земель без учета возможной ветровой эрозии. Распахивание целинных земель в Казахстане существенно существенной активизировал пыльные бури.
Уплотнение почв ходовыми системами машинно-тракторных агрегатов. С уплотнением почв уменьшается их общая пористость, ухудшается доступ влаги к растениям, снижается аэрация и скорость фильтрации воды, затрудняется рост корней. В нашем земледелии принята технология раздельного проведения вспашки внесения удобрений, посева, боронования, междурядных обработок и т.п. Поэтому все типы тракторов, включая тяжелые (МТЗ-82, К-700 и др.) многократно проходят, но только уплотняя почву на глубину до 2 м., особенно рыхлую и увлажненную. Это приводит к ухудшению структуры почвы, снижению водо – и воздухопроницаемости.
Дегумификация почв – процесс потери почвами гумуса (органического вещества). Это отмечается во всех регионах России в том числе -в её основной житнице – черноземной зоне. Так, содержание гумуса в почвах ЦЧО за столетия снизилось с 10%-14% до 6%-*8%, хотя на формирование 1% гумуса природа тратит сотни лет. Основные причины дегумификации:
недостаточное поступление в почвы биомассы «сырья» для процессов гумификации;
ускорение минерализации органического вещества вследствие интенсивной обработки почвы и применения удобрений;
потеря гумуса за счет эрозии и дефляции.
Если подсчитать ожидаемые потери гумуса, то поданным многих исследователей уже к 2010 г. во многих типах почв его количество может уменьшится до половины в слое – 0,20 см.
Закисление почв. Большинство культурных растений способно хорошо расти на нейтральных или близких к ним почвам, однако в практике встречается много закисленных и щелочных почв. На северной территории России преобладают кислые почвы (болотные, подзорестые) – 66% от всей поверхности (pH – 5.0). В этих почвах – недостаток Са++ и Мg++ и избыток Н+ и Аl+++. Это обуславливает их неблагоприятные агрохимические свойства. Снижение pH ухудшает усвоение N,P,K, микроэлементов. Закисление почв может происходить при выпадении кислотных осадков и поливе закисленными водами.
Засоление почв может быть вызвано в основном поливами некачественной засаленной водой.
Загрязнения почв – происходит в результате применения минеральных органических удобрений, пестицидов, особенно при нарушении доз их внесения. При этом происходит минерализация гумуса, потеря почвой NO2, который выделяясь в атмосферу способствует разрушению озонового слоя.
Избыток нитритов и нитратов ухудшает качество сельскохозяйственной продукции, вызывает у человека и животных расстройства пищеварения, канцерогенные осложнения. Избыточно вносимые минеральные удобрения с поверхностным и подземным стоками поступают в реки и озера и вызывают их «цветение», редко ухудшая качество вод.
Особенно опасно загрязнение почв пестицидами (ядохимикатами), которые уничтожают не только вредные растения, насекомых, но и полезные виды. Обычно используется по назначению 4%-5% пестицидов, остальные накапливаются в природной среде, часто с непредсказуемыми последствиями (ДДТ, ГХЦГ и т.д.). Напротив фосфорорганические пестициды (карбофос, метофос – быстро разлагаются).