Экосистемы тундры. Плодородие почв. Биологические загрязнители

Содержание

1. Экосистемы тундры

2. Засоление и опустынивание почв, потеря плодородия

3. Биологические загрязнители, интродукция несвойственных видов животных, растений, микроорганизмов, последствия интродукции

Список использованной литературы

1. Экосистемы тундры

Тундра представляет собой уникальную зону природы, для которой характерно наличие вечной мерзлоты, заливание почвы речными или морскими водами, и как результат частичное или полное отсутствие древесной растительности, своеобразный мир флоры и фауны.

Тундры располагаются в северных регионах Северного полушария Земли (Крайний север Евразии, Северной Америки, Гренландия, острова северных морей), с одной стороны они ограничены тайгой, с другой - арктическими пустынями. Иногда этот термин применяют к схожим природным зонам Южного полушария. В мире тундры занимают около 3% суши (4 млн. кв. км), при этом больше всего тундр находится в пределах нашей страны - 321 млн. га (14% всей площади РФ). Тундры начали формироваться в плиоцене, то есть их экосистемы можно назвать относительно молодыми.

Различают:

южные тундры или лесотундры;

средние, типические (субарктические) тундры;

арктические тундры и пустыни.

Лесотундры сформировались на границе умеренного и субарктического климата. Здесь постепенно заканчивается тайга и начинаются районы, похожие на лесостепь или саванны, но если последние биомы возникли из-за недостатка воды, то лесотундра - из-за ее избытка. Большое количество почвенной влаги и низкие температуры не способствуют развитию древесной растительности. Почвы этой природной зоны бедны питательными веществами, переувлажнены, в них недостаточна воздухопроницаемость и плохой дренаж, а биохимические реакции протекают очень медленно. Летом, когда почвы прогреваются, образовывается много непроходимых болот. Здесь сформировались тундрово-болотные почвы, поэтому для данных экосистем характерна относительная бедность растительного покрова и видового разнообразия животных. В южной части лесотундры кое-где встречаются иллювиально-гумусовые, тундрово-дерновые, подзолистые почвы с большим содержанием органики и минеральных веществ. Под ними находятся лёгкие породы с хорошим дренажём, поэтому здесь меньше болот, глея. Горизонт таких почв бурый, красно-бурый или песчаный с разрозненными минеральными горизонтами. Преобладает равнинный и холмистый рельеф. На этих почвах преимущественно развита моховая растительность с «островками» редколесья, кустарников и травянистой растительности.

Редколесье представляет собой отдельно стоящие, чаше деформированные и плохо развитые хвойные и широколиственные деревья: сосны, ели, бальзамические туи, берёзы, ольха, лиственницы (хвойные деревья приурочены к северной части лесотундры). В основном они расположены на речных берегах. Полярные ивы, багульник и карликовые берёзы (ерники), а также голубика, черника, брусника, морошка и некоторые другие формируют кустарниковую растительность лесотундры. Среди трав встречаются незабудки, мытники, купальницы, полярные маки и др. Весной и летом травы и кустарники зацветают, делая вид лесотундры более ярким и привлекательным. Однако, снежный покров сходит не везде. Летом, когда температура воздуха подымается до 10-15? по Цельсию, успевают вызревать плоды. В лесотундре очень много видов грибов: подберёзовики, сыроежки, волнушки и мн. др., представляющие также пищевую ценность. Особе место во флоре лесотундры принадлежит многочисленным мхам и лишайникам, особенно бурно они разрастаются зимой, когда угнетается прочая растительность.

Среди флоры очень важен ягель, лишайник, которым питаются северные олени. Также лишайниками и мхами питаются олени-карибу (в Северной Америке), овцебыки, заяц-беляк. Помимо зайцев здесь обитают такие грызуны, как землеройки, полёвки, двухвостый суслик, сурки, пищухи. Хищники представлены волками, росомахами, горностаями. Реки богаты рыбой. В лесотундре довольно много птиц (утки, гуси, куропатки) и насекомых, в т.ч. опылителей. В экосистемах лесотундры преобладают пастбищные трофические цепи, при этом биологическая продуктивность не превышает 340 - 440 г/кв. м, что в 80 раз меньше, чем биопрудуктивность тропического леса. Однако, экологическое значение экосистем лесотундры очень велико, т.к. она является ареалом обитания многих уникальных популяций растений и животных, а значит, делает свой вклад в биологическое разнообразие нашей Планеты. Хозяйственной значение лесотундры связано с добычей дичи и рыбы, пушнины, а также оленеводством. В лесотундре Евразии и Северной Америки организовано немало заповедников и национальных парков.

Средние или типические тундры отличаются более бедными почвами и более суровыми климатическими условиями. В почках активно протекают анаэробно-глеевые процессы, что приводит к формированию гумусно-тундрово-глеевых и тундрово-торфяных почв. Это маломощные плотные, слабо пористые почвы с большим количеством трещин, высоким содержанием фульвокислот, цинка, бора и неспецифических органических отложений в слоях, не затронутых вечной мерзлотой. Торф и фульвокислоты откладываются потому что, имеет место интенсивное выветривание в сочетании с сильным увлажнением, низкими температурами и как результат происходит медленное разложение органики и быстрое накопление солей и карбонатов (минерализация). Ниже залегает серый плотный слой глея. В некоторых участках, где встречается вечная мерзлота (глубина от 0,2 до 1,6 м) все же зафиксировано наличие жидкой влаги в почве. Летом большинство почв прогреваются, образовываются отдельные болотистые участки с мощными торфяными отложениями, озера. Почвообразующими породами являются всевозможные ледниковые, озерно-аллювиальные отложения. Рельеф также равнинный.

Растительность типичной тундры похожа на флору лесотундры, но здесь нет деревьев, почти нет кустарников, зато весьма разнообразны лишайники и мхи. Среди животных встречаются олени, овцебыки, снежные бараны - чубуки, песцы, иногда заходят белые медведи. Весьма интересны грызуны - лемминги, чия популяции тесно связаны пищевой цепочкой с песцами и хищными птицами (в основном были совами). Нередко при уменьшении числа леммингов гибнет много хищников, наблюдается также их миграция в связи с годичными колебаниями температур воздуха. Следовательно, в экосистемах средней тундры также прослеживаются пастбищные пищевые цепочки. Биологическая продуктивность природной зоны составляет меньше 340 г/кв. м, основная ее часть представлена фитомассой, а в зоомассе преобладают беспозвоночные.

Арктическая тундра - очень суровый край, здесь очень продолжительные зимы, нет осени и весны и даже летом температура не поднимается выше 10? по Цельсию. Осадков здесь очень мало, но они нагромождаются годами в виде спрессованного снега и льда. Почвы арктических тундр и пустынь - это арктические пустынные и типично-гумусовые арктические почвы. Первые встречаются в северных регионах арктической тундры, они залегают на четвертичных ледниках и ледниковых отложениях. И представляют собой бурые трещиноватые, очень плотные (иногда в виде больших комков) почвы с небольшим зернистым слоем наверху и редко моховой или лишайниковой подстилкой. Большинство из них скованны вечной мерзлотой, что и определяет их водный и воздушный режимы. Здесь происходит т.н. криогенез - физическое выветривание минералов при отсутствии образования органических соединений и синтеза глин. В почвах довольно много железа, кое-где встречаются песчаные вкрапления. На поверхности может формироваться солевая или водорослевая кора (особенно в регионах с летним размораживанием верхнего слоя).

Типично-гумусовые арктические почвы содержать слой органических отложений (около 5 см), реакция среды слабокислая и в них не откладываются соли. Они более лёгкие, в них нет глея и потому растительность здесь более богатая (мхи, лишайники).

Рельефы арктической тундры представлены аккумулятивными и ледниково-абразивными формами, котловинами, цирками, моренными отложениями. А микрорельеф полигональный. Вершину пищевой цепочки занимают белый медведь, волки и ласка. На побережьях морей встречаются морж, белуха, морской котик, гренландский тюлень, а также птицы - гагара, полярная сова. Но в целом флора и фауна здесь очень бедна, а в районах арктических пустынь - вообще отсутствует.

Тем не менее, типичная и арктическая тундра также обладают огромным значением для биосферы, ведь экосистемы этих природных зон меньше всего изменены человеком, они продолжают функционировать по естественным законам, поддерживая биологический баланс на планете. Только здесь обитают уникальные животные: белый медведь, северный олень, карибу, гренландские тюлени, горбатые киты. В этих районах обитает 50% береговых видов птиц мира, 80% видов гусей. В арктическую тундру (на побережье) прилетают на зимовку многие виды птиц.

Поэтому все экосистемы тундры требуют охраны и защиты их растительного и животного мира, бережной эксплуатации ресурсов.

. Засоление и опустынивание почв, потеря плодородия

Засоленными называются те почвы (солончаки, солонцы и солоди), которые содержат в верхних горизонтах растворы солей, в количестве не подходящем для выращивания культурных растений (а порой и для жизни растений вообще). Этот показатель составляет более 1% солей в 15-сантиметров верхнем слое почвы. Эти почвы чаще являются интразональными, т.к. они не приурочены к определенной природно-географической зоне.

Различают первичное и вторичное засоление почв. Первичное засоление происходит вследствие выветривания горных пород и образования хлоридов, сульфатов и карбонатов в плодородных слоях почвы. Соленосные материнские породы, вулканическая деятельность, близость солёных водоёмов (импульверизация), подъем почвенных вод также могут быть причиной первичного засоления. Отдельные виды растений имеют очень глубокую корневую систему, что «перекачивает» соли из почвенных вод.

Вторичное засоление происходит за счет орошения земель в засушливых регионах. Орошение поднимает уровень соленных почвенных вод, которые испаряясь, оставляют в почве большое количество солей. Усиливает эффект использование минеральных удобрений.

Скорость засоления зависит не только от типа почв, но и от климата. На более плотных почвах в условиях влажного климата соли накапливаются значительно медленнее, чем на территориях с лёгкими почвами и засушливым климатом.

Фитоценозы солончаков - это относительно бедные сообщества, в которых преобладают галофиты, растения нормально переносящие засоление. К ним относятся степные травы, наподобие солянки, полыни и бессмертника, степные и пустынные кустарники, наподобие тамариска и др.

Встречаются типичные, луговые, болотные, соровые, грязево-вулканические и бугристые солончаки. Для них характерна разная степень плодородия. Наиболее плодородные луговые солончаки, однако, и они мало пригодны для сельскохозяйственного использования без предварительной мелиорации.

В отличие от солончаков солонцы содержат водорастворимые соли в более глубоких горизонтах. Существует теория, что они образовываются из солончаков, в кторых значительно увеличивается концентрация натрия.

Солоди образовываются в низинных территориях и в теплом, и в холодном климате в условиях значительного переувлажнения. Поэтому на этих почвах хорошо себя чувствуют влаголюбивые лугово-болотные травы, берёзы, ивы. Выделяют лугово-степные, лугово-дерновые и лугово-болотные солоди. Солонцы и солоди обладают очень низким плодородием.

Плодородие почвы - это ее способность поддерживать произрастание и вегетацию значительного числа растений, в т.ч. культурных. Оно может зависеть от многих абиотических, биотических и антропогенных факторов, например, от качества материнских пород, климата и погодных явлений, условий увлажнения, растительного и животного покрова. Непосредственно на уровень плодородия почв влияют аэрация (насыщение кислородом и воздухопроницаемость), количество почвенной влаги, реакция (кислотность или щелочная среда), соотношение доступных растениям питательных веществ (органических, например, гумуса, и неорганических - минералов). Опосредовано на плодородие влияют глубина залегания плотных горизонтов почв, сквозь которые не могут пройти корни растений, количество микроорганизмов, способы обработки почвы.

Почва с высоким плодородием отличается большой глубиной непосредственного плодородного слоя (3 - 10 см), большим количеством органических веществ (4-6%), минералов, в особенности азота, фосфора, кальция, бора, хрома, кислотностью в диапазоне 6,0 до 6,8.рН, хорошей структурой, пропускающей воду и воздух (т.е. хорошим дренажём) и наличием набора микроорганизмов, способствующих росту растений.

Различают природное (естественное), потенциальное (по количество запасов веществ в почве) и искусственное плодородие. На планете Земля плодородные почвы составляют 64% суши, при этом 34% заняты сельскохозяйственными угодьями, 30% - лесами. Из этих 64% почти половина - 25% составляют малопродуктивные земли, следовательно, вопрос поддержания и увеличения плодородия почв стоит на Земле довольно остро.

Наиболее плодородными (имеется в виду природное и потенциальное плодородие) являются черноземы, наименее плодородные арктические и тропические пустынные почвы (в т.ч. солончаки, солоди и солонцы).

Многие из неплодородных почв или почв с низким плодородием подверглись антропогенному влиянию. Так ежегодная вспашка усиливает ветровую эрозию, постоянный сбор урожая (в т.ч. на сенокосах) приводит к химическому обеднению почв, усиленному испарению влаги; выпас животных приводит к исчезновению растительности, уплотнению почв, их обеднению и биологическому загрязнению; сжигание травы - к гибели микроорганизмов; орошение - к заболачиванию и засолению; использование удобрений и пестицидов, создание свалок, выбросы промышленности и транспорта - к загрязнению почв; уничтожение лесов - к усилению водной и ветровой эрозии; шум и вибрации, промышленные излучения - к гибели растений и животных. В конечном итоге, все эти действия человека ведут к полной потере плодородия - опустыниванию.

Опустынивание (дезертификация) почв - это деградация почв с постепенной потерей плодородия, сопровождающаяся снижением природно-ресурсного потенциала территории, разрушением биоценозов, ухудшением биологической продуктивности, и приводящая частичному или полному исчезновению растительного и животного покрова. Опустынивание чаще всего имеет место в аридных и засушливых регионах мира, как под влиянием естественных (водная и ветровая эрозия), так и под влиянием антропогенных факторов, главным образом, из-за неправильного сельскохозяйственного землепользования. Данный процесс является очень опасным, потому что он трудно обратим - для накопления одного 1 см слоя плодородной почвы в среднем требуется 100 лет.

Как правило, естественное опустынивание происходит при длительных засухах, засолении песчано-суглинистых почв, падении уровня наземных вод и усилении обоих видов эрозии. В основе антропогенного опустынивания лежат вырубка лесов и кустарников, чрезмерный выпас скота, интенсивная вспашка, неправильное орошение и организация растениеводства, выжигание сухих растительных остатков и нерациональное водопользование (с падением уровня грунтовых вод). Природные и антропогенные факторы чаще всего дополняют друг друга, тогда образовываются пустыни.

Для сохранения плодородия почв и борьбы с их засолением и опустыниванием необходимо:

полное прекращение землепользования до восстановления почвенного и растительного покрова;

мелиорация земель, борьба с эрозией, закрепление песков;

прекращение или уменьшение объёмов вырубки лесов;

внедрение рациональных способов организации сельскохозяйственного землепользования;

уменьшение количества загрязняющих промышленных и транспортных выбросов в атмосферу, гидросферу.

Для борьбы с водной и ветровой эрозией почв применяют:

агротехнические мероприятия: использование почвозащитных севооборотов и противоэрозийных методов обработки почвы;

гидротехнические: создание систем орошения и дренажа, коллекторов, перехватывающих поверхностный сток и пр.;

лесомелиоративные: создание защитных насаждений;

организационно-хозяйственные.

Все они должны проводиться в комплексе.

3. Биологические загрязнители, интродукция несвойственных видов животных, растений, микроорганизмов, последствия интродукции

Биологические загрязнители - это живые организмы, которые пагубно влияют на почвы, другие растения и животных, человека, в целом нарушая биологический баланс в биоценозах и экосистемах. Они делятся на:

макрообъекты: растения, животные и грибы;

микрообъекты: вирусы, риккетсии (внутриклеточные паразиты), бактерии.

Так, ядовитые растения, могут содержать гликозиды, алкалоиды, сапонины, смолы, эфиры, которые вызывают и у животных, и у человека тяжелые отравления, вплоть до летального исхода. Среди известных ядовитых растений болиголов, белладонна, ядовитый плющ и пр. Некоторые растения ядовиты не полностью, а токсическим действием обладают лишь отдельные их части: корни, семена, цветы или стебли. При этом ядовитые растения могут быть и полезными, становясь сырьём для изготовления лекарств.

Другие виды растений могут выступать в качестве биологических загрязнителей, являясь сорняками в искусственных биоценозах. Иные растения, внедряясь на новые территории, истощают почву, уничтожают растительность в ее определенном природной зоне.

Животные, как и растения, могут быть опасными за счет своей токсичности (чаще всего пауки, змеи), а также в меру характера питания. Так, если в биоценоз с пастбищной цепочкой питания внедряются новые несвойственные виды хищников, может происходить уменьшение числа консументов первого порядка и серьёзные нарушения в нативном (захваченном) сообществе.

Грибы не только опасны отравлениями при употреблении в пищу, но и при значительном размножении - загрязнением водоемов, грунтовых вод, поскольку многие из них являются патогенными организмами, вызывающими болезни растений, животных и человека.

Вирусы представляют собой неклеточные живые организмы и состоят из ДНК, белковых ферментов, иногда углеводов и липидной оболочки. Вирусы входят в паразитические цепи питания, внедряясь в клетку растения, животного или человека, они заставляют ее вырабатывать ферменты для своего питания, синтезируя вирионы - зрелые вирусные клетки. В результате этого нарушается не только работа клеток организма, но и функционирование тканей и органов, может происходить гибель и разложение клеток, интоксикация организма. Среди самых опасных вирусных заболеваний человека можно назвать СПИД, вирусный гепатит, оспу, менингит, мононуклеоз, полиомиелит, грипп, свинку, энцефалит. Большой ущерб способны нанести вирусы и сельскому хозяйству: среди растений наибольшую угрозу представляют мозаичные болезни, желтуха растений, у животных - ящур, чума, гриппы.

Вирусы приспосабливаются, взаимодействуя с растениями и животными, являющимися вирусоносителями, так среди растений очень опасна повилика. Однако, они выполняют и положительную роль, например уничтожают многие виды растений и насекомых вредителей, к примеру гранулёз гусениц спасает многие насаждения от полного уничтожения этим прожорливым насекомым.

Риккетсии, как и вирусы, паразитируют внутри клеток, но в отличие от первых, они являются бактериями, то есть одноклеточными безъядерными микроорганизмами. Чаще всего риккетсии селятся в цитоплазме и ядре клеток членистоногих и теплокровных животных, реже человека, вызывая такие заболевания, как сыпной тиф, клещевой риккетсиоз, пятнистая лихорадка Скалистых гор.

Бактерии - это очень обширная группа самых разных микроорганизмов, можно сказать, что биосфера - это мир бактерий. Они встречаются практически во всех биоценозах, но в качестве биологических загрязнителей выступают лишь нетипичные для данного сообщества и болезнетворные бактерии. Эти организмы не паразитируют на других живых тканях, но питаются веществами после их смерти, поэтому бактерии смертельно опасны для растений, животных и человека. В Средние Века чума, холера и туберкулез уносили жизни миллионов людей. И сегодня инфекционные бактериальные заболевания, например, сальмонеллёз, ботулизм, дизентерия, дифтерия, сибирская язва, венерические заболевания и воспаления органов бактериальной природы представляют большую угрозу здоровью и жизни людей.

Таким образом, мы можем заметить, что организмы почти не являются безусловными биологическими загрязнителями, чаще всего они становятся таковыми при выходе видов за естественные ареалы их обитания и внедрении в несвойственные им биоценозы - то есть при интродукции.

Интродукция несвойственных видов животных, растений, и микроорганизмов может быть как естественной, так и искусственной (при вмешательстве человека). Отдельные виды живых организмов могут случайно попадать на новые территории (случайная интродукция) или умышленно перевозится людьми (целенаправленная интродукция), при том с развитием транспорта на значительные расстояния.

В случае если интродукция видов приобретает негативные последствия, в частности, вымирание видов, речь идет о биологической инвазии. Наиболее известным пример биологической инвазии стал ввоз кроликов в Австралию, где они, попав в дикую природу, быстро размножались и уничтожили почти весь растительный покров, поставив на грань выживания многие виды. Завезенные для борьбы с кроликами лисы стали уничтожать сумчатых муравьедов и тасманийских дьяволов. Ученые решили уменьшить поголовье кроликов при помощи вируса, но снижение популяции кроликов привели к гибели большого числа австралийских орлов, что приспособились к питанию кроликами. Эта ситуация наглядно показывает как опасна случайная интродукция и насколько обдуманной должна быть интродукция целенаправленная.

Виды растений, животных и организмов, наиболее склонные к агрессивной интродукции, получили название инвазионных. В их числе: крысы, ондатра, колорадские жуки, белая сова, сойка, чиж. Внедряясь в новые ареалы, они вызывают значительные изменения в пищевых цепочках и приводят к нарушению растительного покрова, животного мира, вредят сельскому хозяйству. Обратным процессом интродукции является реинтродукция - возвращение видов в их первичные ареалы обитания.

Однако, интродукция видов может иметь и положительные последствия, например, благодаря ей можно достичь:

акклиматизации и адаптации полезных видов растений, животных и микроорганизмов, что способствует сохранению биологического разнообразия и развитию сельского хозяйства;

развития генофонда растений и животных;

развития рекреационного хозяйства и оздоровления людей.

Именно благодаря интродукции, страны Европы, в т.ч. Россия, смогли узнать вкус томатов, картофеля, кукурузы, подсолнечника, любоваться катальпами, конскими каштанами. История географических открытий, развития аграрного сектора и промышленности - это история целенаправленной биологической интродукции.

Но для удачной интродукции необходимо, чтобы новые природные условия подходили для интродуцируемых видов. Ритм развития и жизни растений и животных должен совпадать с периодическими изменениями климата в новом месте их обитания. При этом человек использует природную способность организмов к адаптации в сочетании с целенаправленными мерами акклиматизации (защита от переохлаждения или перегрева, искусственное питание, создание микроклимата и т.д.).

В современном мире, когда остро стоят проблемы сохранения и приумножения биологического разнообразия интродукция может и должна стать важным инструментом сохранения многих видов растений и животных, а также их сообществ.

экосистема опустынивание плодородие интродукция

Список использованной литературы

1.Вальков В.Ф. и др. Почвоведение. - М.: Юрайт, 2014. - 527 с.

2.Горячкин С.В. Почвенный покров Севера (структура, генезис, экология, эволюция). - М: ГЭОС, 2010. - 422 с.

.Егоренков Л.И. Охрана окружающей среды. - М.: Инфра-М, 2013. - 256с.

.Наземные и морские экосистемы. Под ред. Матишова Г., Тишкова А. - М.:Паулсен, 2011. - 448 с.

.Низовцев В.А. Лесотундра // География в школе. 2009. № 2. С. 3-5.

.Пенджиев А.М. Экологические проблемы освоения пустынь: энергоресурсы, продовольственная, безопасность, нищета и конвенция ООН по борьбе с опустыниванием // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2013. № 16 (138). С. 116-132

.Платов Н.А., Касаткина А.А. Основы инженерной геологии, геоморфологии и почвоведения. 0 - М.: Academia, 2012. - 144 с.

.Терентьев С.А. Арктика и Антарктика.- М.: Книжный Клуб Книговек, 2011. - 416 с.

.Хван Т.А., Шинкина М.В. Экология. Основы рационального природопользования. - М.: Юрайт, 2011. - 319 с.

.Чебакова Н.М., Выгодская Н.Н., Арнет А., Белелли Маркезини Л., Колле О., Курбатова Ю.А., Парфенова Е.И., Валентини Р., Ваганов Е.А., Шульце Е.Д. Энерго- и масообмен и продуктивность экосистем Сибири // Известия Российской академии наук. Серия биологическая. 2013. № 6. С. 728.