Пущинский государственный естественно-научный институт Кафедра функциональной экологии Учение

Пущинский государственный естественно-научный институт. Кафедра функциональной экологии Учение о ноосфере возможности разумного управления метаболизмом биосферы Курс лекций д. б. н. , профессор А. С. Керженцев

Определения n ЭКОЛОГИЯ – фундаментальная наука, изучающая экосистемы локального, регионального и глобального масштаба, их структуру и функцию, законы их изменчивости в пространстве и во времени под влиянием естественных и антропогенных факторов. ЭКОСИСТЕМА - симбиотическая ассоциация автотрофной, сапротрофной и гетеротрофной биоты (фитоценоза, зооценоза и педоценоза), функционирующая автономно за счет обмена симбионтов отходами своей жизнедеятельности.

Биосфера, ноосфера n n БИОСФЕРА – одна из оболочек Земли, состав и энергетика которой в существенных своих чертах определены работой живого вещества. НООСФЕРА – сфера разума. Этап эволюции биосферы с ведущей ролью разумной созидательной деятельности человеческого общества.

ЭВОЛЮЦИЯ 1. Необратимое и в известной мере естественно направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся возникновением, изменением и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом. Н. Ф. Реймерс. Азбука природы. М. , «Знание» , 1980, 208 с. Непрерывное совершенствование структуры живых систем (клетки, организма, экосистемы, биома, биосферы) для более эффективного выполнения ими функции метаболизма в конкретном диапазоне факторов среды.

Стимулы эволюции 1. Экспансия жизни. 2. Ограниченность запаса биофильных элементов (ЭМП). 3. Ограниченность жизненного пространства ГТП биоты.

Этапы эволюции n Эмбриональный этап. Прокариоты, цианобактериальные маты, эукариоты. n Первый этап. Многоклеточные организмы: простейшие, животные, растения. Второй этап. Экосистемы, биосфера. n Третий этап. Переход биосферы в ноосферу. n

Человек – консумент создал в биосфере: 1. 2. 1. Избыток вторичной продукции (зоомассы) с ее потребностями. 2. Дефицит первичной продукции (фитомассы) и генетического фонда. 3. Новый класс вещества – третичную (антропогенную) продукцию – искусственные вещества и материалы, отходы производства и потребления.

Экологические кризисы и их последствия n n n Кризис перевыпаса. Выход: земледелие, скотоводство. Кризис орошаемого земледелия. Выход: богарное земледелие, заселение Европы. Глобальный экологический кризис: n n n - Дефицит первичной продукции; - Избыток вторичной и третичной (антропогенной) продукции; - Загрязнение среды обитания человека.

Факторы беспокойства человека о среде своего обитания n n n 1. Обеднение биоразнообразия биосферы и содержащегося в нем генофонда. 2. Истощение запаса природных ресурсов. 3. Ухудшение качества среды обитания человека как биологического вида.

Основные направления охраны окружающей среды n n n 1. Сохранение и восстановление биоразнообразия и содержащегося в нем генофонда. 2. Рациональное природопользование. Альтернативные источники энергии и сырья, утилизация отходов. 3. Контроль качества среды обитания человека (воздуха, воды, пищи).

Потери почвенных ресурсов. Отчуждение, загрязнение, деградация. n n n 1, 5 млрд. га – земельный фонд мирового сельского хозяйства. 1, 5 млрд. га – потенциальный запас труднодоступных неосвоенных земель. 2, 0 млрд. га. – потери современной цивилизации. 20 млн. га – ежегодные потери мировых почвенных ресурсов. 1, 0 млрд. га – ожидаемые потери в ближайшие 50 лет при сохранении современных темпов.

Ограничения потерь почвенных ресурсов n n n От отчуждения. Включение в цену землеотвода утраченной выгоды за 100 лет. От загрязнения. Контроль загрязненной с/х продукции, ремедиация, санация загрязненных почв. От деградации. Кардинальная замена архаичных аграрных технологий на альтернативные: беспахотное земледелие, пермакультура.

Фитоценоз Перманентная адаптация к среде Координация анаболизма экосистемы Результативность коммуникации Результативность репродукции (урожай плодов, семян) Режим ассимиляции (фотосинтез, дыхание) Режим коммуникации (сокодвижения) Режим репродукции (цветение, плодоношение) Структура ассимилирующих органов Структура каналов коммуникации Структура репродуктивных органов АССИМИЛЯЦИЯ КОММУНИКАЦИЯ РЕПРОДУКЦИЯ Диапазон ГТУ и освещенности Диапазон ГТУ Динамика ГТУ и света Динамика ГТУ Результативность ассимиляции Период вегетации Период биологической активности Тренды климата и антропогенной нагрузки Период вегетации

Педоценоз Перманентная адаптация к среде Координация катаболизма экосистемы ХНМ (характерная некромасса) ХММ (характерная минермасса) ХМГ (характерная масса гумуса) ХВ некромассы (период полного обновления) ХВ минеральной массы (период обновления) ХВ фракций гумуса (период обновления) Структура (состав) некромассы Структура (состав) минеральной массы Структура (фракционный состав) гумуса АККУМУЛЯЦИЯ МИНЕРАЛИЗАЦИЯ ГУМИФИКАЦИЯ Диапазон ГТУ, масса опада Диапазон ГТУ, аэрации, р. Н Динамика ГТУ и аэрации Период биологической активности Смена режимов функционирования экосистемы Тренды климата и антропогенной нагрузки

Экосистема Перманентная адаптация к среде Координация метаболизма экосистемы ХБМ (Характерная биомасса) ХНМ (характерная некромасса) ХММ (характерная минермасса) ХВ (характерное время биомассы) ХВ (характерное время некромассы) ХВ (характерное время минеральной массы) Структура (состав) биомассы Структура (состав) некро массы Структура (состав) минеральной массы АНАБОЛИЗМ НЕКРОБОЛИЗМ КАТАБОЛИЗМ Диапазон ГТУ и освещенности Диапазон ГТУ, активность почвенной биоты Диапазон ГТУ и аэрации Динамика ГТУ и освещенности Динамика ГТУ и аэрации Период вегетации Период биологической активности Смена режимов функционирования экосистемы Тренды климата и антропогенной нагрузки

AB BM 2 UG AB BM 3 UG A 0 A 1 NM 1 MM 1 B NM 1 MM 1 C Г AB BM 4 UG А NM 1 MM 1 З NM MM 1 С О Л И Ы Э К О С И С Т Е М А Ф И Т О Ц Е Н О З И О Н Ы П Е Д О Ц Е Н О З О П А Д Л И С Т В Ы AB BM 1 UG

1. 5 Аграрная экосистема Надземная фитомасса ФИТОЦЕНОЗ 1. 3 2. 4 1. 1 2. 2 1. 4 1. 2 Подземная фитомасса Пахотный ПЕДОЦЕНОЗ Подпахотный 2. 1

Стационарный режим функционирования почвы. Номер Фракции Год поступления и экспозиции массы опада 1 -й 2 -й 3 -й 4 -й 5 -й 6 -й 7 -й n+1 n+2 n+3 N+4 N+5 N+6 n+7 Вариант 1 1 4, 0 4, 0 2 2, 0 2, 0 3 1, 0 1, 0 4 0, 5 0, 5 5 0, 3 0, 3 6 0, 2 0, 2 7 0, 1 0, 1 Сумма 4, 0 6, 0 7, 5 7, 8 8, 0 8, 1 4, 1 2, 1 1, 1 0, 6 0, 3 0, 1 Вариант 2 1 4, 0 4, 0 2 1, 0 1, 0 3 0, 3 0, 3 4 0, 1 0, 1 Сумма 4, 0 5, 3 5, 4 5, 4 1, 4 0, 1 Вариант 1: n = 4. 0 х 0. 5 Вариант 2: n = 4. 0 х 0. 75.

Метаболизм экосистемы

Зоны роста Интенсивность Интервалы роста, мм/сут температур, 0 С _________________________ Пессимум 0– 4 4 -19; 39 -48 Оптимум 4 – 10 19 -26; 34 -39 Экстремум 0 – 12, 5 26 -30; 30 -34

Влияние фактора на организм

Пути выхода из глобального экологического кризиса: 1. Выполнение человеком функции продуцента; суперпродуктивные фитоценозы. Человек разумный. 2. Выполнение человеком функции редуцента; рециклинг отходов производства и потребления. Человек просвещенный. 3. Поддержание благоприятного для человека качества среды обитания. Контроль качества воздуха, воды, почвы. Человек благородный.

Цифровую версию книги «Лекции по функциональной экологии» можно скачать по адресу: http: //functecology. ucoz. ru

Спасибо за внимание!