Схемы по экологии и методические разработки к ним

1. Дануше Квасничкова
Владимир Калина
СХЕМЫ ПО ЭКОЛОГИИ
И
МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА К НИМ
Наглядное пособие для школьных курсов
базовых дисциплин
Москва
«Устойчивый мир»
2001
Библиотека журнала «Экология и жизнь»

2. 7
Живой природе свойственно системное ус-
тройство. Система есть совокупность взаимо-
связанных и взаимодействующих элементов.
Живые системы являются всегда открытыми,
т. е. взаимодействуют с окружающей средой: из
нее они получают вещество, энергию и инфор-
мацию, необходимую для жизни, и поставляют
в нее продукты и вещества, образовавшиеся в
результате жизнедеятельности.
Живой системой являются клетка, орга-
низм, сообщество организмов (популяция, био-
ценоз) и их объединение с окружающей средой
(экосистема, область, биосфера).
1. ОТКРЫТАЯ СИСТЕМА
аметсисяавиЖ ыметсисытнемелЭ
актелк иктелкылленагро
мзинагро
)йынчотелкогонм(
иктелк
овтсещбоос ымзинагро
аметсисокэ
яавижен+овтсещбоос
адорирп
арефсоиб ыметсисокэ
Каждая система, в свою очередь, является
подсистемой системы более высокого порядка,
например:
Обозначения на схеме:
A, B, C, D, E — элементы системы (напри-
мер: органеллы клетки, организмы);
синие стрелки — взаимосвязи, взаимоот-
ношения между элементами;
красная окружность — система в целом,
включающая элементы системы и их отноше-
ния;
красные стрелки — поступление вещества,
энергии, информации, выделение тепла, ненуж-
ных или вредных веществ и т. д.
ЧАСТЬ I
ОСНОВЫ ЭКОЛОГИИ

3. 8
2. ОБРАТНЫЕ СВЯЗИ
Если элементы системы оказывают друг
на друга взаимное влияние, связь между ними
называют обратной связью. Если усиление
воздействия элемента системы вызывает уси-
ление ответного воздействия другого элемен-
та, то такая обратная связь называется поло-
жительной. Если усиление воздействия вы-
зывает ослабление ответного воздействия, то
такая обратная связь называется отрица-
тельной.
Основным регулирующим механизмом в
живой природе является отрицательная обрат-
ная связь. Она обеспечивает поддержание устой-
чивости живых систем. Этот регулирующий
механизм управляет функциями как в отдель-
ных организмах, так и в популяциях и экосис-
темах.
На схеме представлены простейший (I) и
сложный (II) случаи механизма обратных свя-
зей. Импульс (Р) воздействует на регулируемую
систему (S), и тем вызывается ответная реакция
(O). Информация о соразмерности реакции идет
обратно к регулируемой системе.
Пример. Интенсивность светового потока в
глаз (Р) вызывает посредством нервного рефлек-
са (S) сужение или расширение зрачка (O). Ин-
формация о том, как меняется отверстие в ра-
дужной оболочке, перерабатывается нервной
системой таким образом, чтобы ответ был сораз-
мерен импульсу.
Подобным же образом с помощью обратной
связи поддерживается соразмерная скорость
дыхания, кровяное давление, сердечная дея-
тельность и т. д.
Регулирующие механизмы редко бывают
простыми, скорее наоборот — характеризуются
достаточной сложностью, обеспечивающей на-
дежность. На схеме — это случай II (S и S1
—
управляющие центры разного уровня).
Случай III представляет как положитель-
ную, так и отрицательную обратную связь. Это
характерно, например, для связей между попу-
ляциями, взаимозависимыми в добывании
пищи: если увеличивается популяция зайцев
(Z), то растет (+) популяция рыси (R); большая
численность (значительная плотность популя-
ции) рыси ведет, наоборот, к постепенному сни-
жению (–) плотности популяции зайцев.
На схеме представлено также отношение
между кривыми роста популяций: сначала повы-
шается кривая роста популяции зайцев, соответ-
ственноследуетповышениекривойростапопуля-
ции рысей, что ведет к снижению кривой роста
популяциизайцеви,какследствие, —рысей.(Ди-
намика этих соотношений на более длительном
временном интервале показана на схеме № 13.)
Цветом на данной схеме обозначены:
черный — импульс;
синий — управление;
красный — ответная реакция;
зеленый — обратная связь.
А также для кривых роста популяций зай-
ца и рыси:
черный — рост популяции зайца;
красный — рост популяции рыси;
пунктир черный — падение численности
популяции зайца;
пунктир красный — соответствующее паде-
ние численности популяции рыси.

4. 9
Солнцеявляетсяосновнымисточникомэнер-
гиижизнинаЗемлеисущественновлияетнажиз-
недеятельность организма. Достигает Земли при-
близительно одна двухмиллиардная часть фото-
нов,испускаемыхСолнцем.Эта«капля»энергии
и есть источник энергии для всего живого.
Длина волны солнечного излучения, прони-
кающего в биосферу, колеблется от 10–7
нм до
более чем 1000 м.
Для жизни решающее значение имеют три
группы излучения: ультрафиолетовое, види-
мое (свет) и инфракрасное.
Ультрафиолетовоеизлучениевзначительной
мере улавливается слоем озона (на высоте 15–50
км над поверхностью Земли, более всего на высо-
те 15–25 км). Для жизни это весьма существенно,
так как это излучение уничтожает живое (напри-
мер, многие микроорганизмы) и, следовательно,
в больших дозах представляет опасность. Хотя к
малымдозамультрафиолетовогоизлученияорга-
низмы приспособились — у человека, к примеру,
они способствуют выработке витамина D.
Видимое излучение (свет) является источ-
ником энергии для фотосинтеза (см. схему № 5).
Отдельным волнам видимого излучения соот-
ветствуют цвета: фиолетовый, синий, зеленый,
желтый, оранжевый, красный, которые образу-
ют цветовой спектр видимого солнечного излу-
чения. Хлорофилл зеленых растений более все-
го поглощает свет в фиолетовой и красной час-
тях спектра. Зеленый цвет листьев является
З. СОЛНЦЕ — ИСТОЧНИК ЖИЗНЕННОЙ ЭНЕРГИИ
цветом дополнительным. Осенью хлорофилл в
клетках распадается и в них начинает преобла-
дать другой цвет, поглощающий иные части
спектра и отражающий прежде всего красную
и желтую части. В результате осенью мы можем
наблюдать у растений листья самых различных
цветов и оттенков.
К видимому излучению организмы приспо-
собили и свой образ жизни. Так, к примеру,
одни растения чаще встречаются в тени, дру-
гие — на солнечных местах; некоторые живот-
ные активны днем, другие же — в сумерках и
ночью. У многих животных развилась способ-
ность видеть и даже различать цвета.
Инфракрасное излучение является источ-
ником тепла. Оно в равной мере поглощается
предметами и телами организмов. Листья зеле-
ных растений засушливых областей как бы «от-
ражают» большую часть этого излучения и тем
самым избегают смертельно высоких темпера-
тур. Большая часть этого излучения поглоща-
ется водой, что ведет к ее испарению. Солнце,
таким образом, является основным источником
энергии для круговорота воды (см. схему № 19).
Коротковолновое излучение (гамма-излуче-
ние, рентгеновское излучение) доходит весьма
нерегулярно, при солнечных вспышках, до
верхних слоев атмосферы, где и поглощается
благодаря озоновому слою. Коротковолновое из-
лучение оказывает влияние на магнитное поле
Земли, и это отражается на живых организмах,
в том числе и на человеке (например, отмечает-
ся повышенная аварийность спустя несколько
часов после солнечных взрывов и т. п.). Анало-
гично поглощается отчасти и длинноволновое
излучение, хотя оно не оказывает прямого воз-
действия на организмы, но косвенное воздей-
ствие вполне возможно. Пока же эти процессы
еще мало изучены.
Из общего количества энергии солнечного
излучения, которое поступает на земную
поверхность, около 10% приходится на ультра-
фиолетовое излучение, 45% — на видимое и
45% — на инфракрасное. При прохождении

5. 10
через облака и воду меньше всего ослабевает
видимое излучение. В результате этого фотосин-
тез осуществляется и в пасмурные дни, и до оп-
ределенной глубины в воде. Интенсивность сол-
нечного излучения различна в разных местах
Земли и меняется в течение года.
Цветом на схеме обозначены:
черный — спектр солнечного излучения;
синий — спектр видимого солнечного излу-
чения;
зеленый — кривая, отражающая различное
поглощение хлорофиллом спектра видимого
солнечного излучения в растительных клетках.
Более всего поглощается солнечное излучение
в области фиолетового и красного цветов, менее
всего — в области зеленого цвета.
4. ГРАНИЦЫ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ
Выделяют следующие сферы Земли:
Атмосфера — газовая оболочка Земли,
достигающая высоты 200–300 км. На высоте
более 1000 км она становится разреженной и
постепенно переходит в космическое простран-
ство. Для жизни наибольшее значение имеет
тропосфера (9–17 км над земной поверхнос-
тью), а для поглощения опасного для жизни из-
лучения — озоносфера (на высоте 15–50 км —
см. также схему № 3). В основном в химичес-
кий состав сухого воздуха входит приблизи-
тельно 78% азота, 21% кислорода и 1% газов,
составной частью которых являются окислы уг-
лерода (около 0,03%). В атмосфере также все-
гда находится водяной пар и множество других
веществ — в большинстве своем загрязнений.
Насыщенность тропосферы загрязняющими ве-
ществами уменьшается с высотой.
Гидросфера включает все воды Земли. Бо-
лее 97% — морская соленая вода, неполных
3% — пресная (в том числе около 2% ее содер-
жится в ледниках, и только менее 1% приходит-
ся на воду, находящуюся на поверхности Зем-
ли). В состав гидросферы входят также подзем-
ные воды и влага в атмосфере.
Водой покрыто 71% земной поверхности.
По суше оставшиеся 29% воды распределены
крайне неравномерно. Поэтому условия для
жизни на суше также крайне разнообразны (см.
схему № 19).
Литосфера — сфера горных пород и мине-
ралов земной коры и части верхней мантии зем-
ной коры, толщиной около 100 км. Мощность
верхней части литосферы на континентах обыч-
но составляет 30–50 км (под высокими горами —
больше), а в океанах — 10 км и менее.
Осадочными породами (илы, сланцы) занято
80% площади земной коры, но их мощность неве-
лика.Вгорныхпородахвулканическоготипапре-
обладают базальты и граниты (см. схему № 18).
Литосфера образует рельеф земной поверх-
ности: наивысшая точка достигает высоты 8,85
км (Джомолунгма в Больших Гималаях), наи-
низшая — 11,02 км (Марианская впадина в Ти-
хом океане).
Педосфера (почва) находится на границе
живой и неживой природы, включая часть лито-
сферы, гидросферы и атмосферы. В образовании
почвы участвуют живые организмы. Мощность
почвенного слоя может быть от нескольких сан-
тиметров до нескольких метров. В некоторых
местах почвенный слой отсутствует вовсе.
Биосфера — сфера жизни на Земле. Ее гра-
ницы определяют по пределам распространения
живых существ. Отдельные группы организмов

6. 11
5. ПОЛУЧЕНИЕ ЖИЗНЕННОЙ ЭНЕРГИИ. ФОТОСИНТЕЗ
Все живое на Земле (за исключением неко-
торых видов бактерий) прямо или косвенно за-
висит от солнечной энергии, которую зеленые
растения преобразуют в органическое вещество
путем фотосинтеза.
Фотосинтез происходит в клетках зеле-
ных растений, прежде всего в листьях, в клет-
ках которых находятся зеленые тельца — хло-
ропласты, которые можно разглядеть под мик-
роскопом. Их сложную внутреннюю структуру
можно рассмотреть только под электронным
микроскопом. (Увеличение в 100 тысяч раз!)
Она содержит симметрично расположенные
тельца-зерна, в которых находятся молекулы
хлорофилла. В хлоропластах происходит после-
довательность реакций, которую в совокупнос-
ти и называют фотосинтезом. Весьма упрощен-
но ход этих реакций можно охарактеризовать
следующим образом.
В начальных (фотохимических) реакциях
солнечная энергия с помощью хлорофилла (био-
катализатор) поступает в энергетически богатые
молекулы АТФ (аденозинтрифосфат), которые
содержат энергетически мощные химические
связи. Одновременно вода разлагается на водо-
род и кислород. Кислород образует молекулу О2
и поступает в воздух. Водород переходит в фер-
мент ( НАДФ + H2
НАДФ · H2
).
Последующие реакции происходят без уча-
стия света. Под воздействием водорода фермент
постепенно редуцируется в углекислый газ
(СО2
) и возникают молекулы глюкозы
(С6
H12
O6
). Фермент высвобождается (НАДФ) и
снова присоединяет высвободившийся водо-
род. Энергию для этих реакций поставляет
ATФ. После высвобождения одной макроэрги-
ческой связи возникает AДФ (аденозиндифос-
фат), которая в фотохимических реакциях сно-
ва переходит в ATФ: АТФ AДФ + Ф.
(растения и животные) встречаются на разных
высотах суши и в морских глубинах:
места постоянного проживания людей встре-
чаются и на высоте около 5000 м над уровнем
моря, отдельные виды животных обитают на вы-
соте6000м,хищныептицылетаютнавысотеоко-
ло 7000 м, на еще большие высоты иногда зано-
сятся насекомые, частицы растений и водоросли;
в море свет проникает на глубину прибли-
зительно 200 м, зеленый свет — до глубины
500 м, а синий — до 1500 м.
В поверхностных водных слоях произраста-
ют зеленые водоросли, на больших глубинах —
бурые и красные водоросли.
Травянистые растения достигают высоты
более 1 м, но встречаются и десятиметровые. Де-
ревья обычно имеют высоту более 10 м, некото-
рые же достигают и 100 м. Корни некоторых
растений проникают на глубину более 10 м, а
большинство почвенных организмов обитает на
глубине до 1 м, отдельные же встречаются и на
глубине более 10 м.
На схеме представлены земные сферы, об-
разующие жизненную среду: часть литосферы,
почвенный слой, нижняя часть атмосферы (тро-
посфера, особо выделена озоносфера), приводит-
ся соотношение суши и воды.
В пределах биосферы тонкими линиями
обозначено распространение организмов в ней.
Толстыми линиями обозначены высоты и глу-
бины распространения организмов.

7. 12
6. ВЫСВОБОЖДЕНИЕ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ
Энергию, необходимую для жизнедеятель-
ности (движения, выделения различных ве-
ществ), высвобождают все организмы посте-
пенным распадом органических веществ, т. е.
за счет энергии химических связей.
Важно, что энергия выделяется как бы ча-
стями, порциями. Ведь при каждом превраще-
нии энергии высвобождается тепло. Внезапное
высвобождение большого количества энергии
привело бы к выделению большого количества
тепла, и это вредно бы отразилось на белке, со-
ставляющем существенную часть клетки.
Основным исходным материалом для выс-
вобождения энергии является простейший са-
харид — глюкоза. Он постепенно расщепляет-
ся на меньшие молекулы, при этом выделяет-
ся энергия в виде соединений АТФ. Из этих со-
единений легко высвобождается энергия, необ-
ходимая для жизнедеятельности.
Расщепление глюкозы может протекать без
доступа воздуха (анаэробно) и при доступе воз-
духа (аэробно). Примером высвобождения энер-
гии без доступа воздуха является винное бро-
жение: в результате последовательности реак-
ций из одной молекулы глюкозы выделяются
две молекулы АТФ. Конечный продукт броже-
ния (например, алкоголь) представляет собой
еще энергетически богатое вещество. Этот спо-
соб высвобождения энергии является малоэф-
фективным, и в природе он наблюдается только
у организмов (бактерии, грибы), живущих в ус-
ловиях недостатка кислорода (бедная воздухом
почва, болото).
Высвобождение энергии при доступе воз-
духа происходит при клеточном дыхании (рес-
пирации) и также в результате весьма сложных
реакций.
Первая реакция происходит так же, как и
при брожении, а затем следуют циклические ре-
акции, в результате которых постепенно выде-
ляется углекислый газ и водород, которые сра-
зу, соединяясь с кислородом воздуха, образуют
молекулы воды. Конечный продукт — углекис-
лый газ и вода — являются энергетически бед-
ными веществами. Из одной молекулы глюкозы
в этих реакциях выделяется 36 молекул АТФ.
Энергетический выход здесь в 18 раз выше.
Аэробным способом высвобождается энергия
клеток как растений, так и животных — это са-
мый распространенный способ получения орга-
низмами энергии для жизнедеятельности.
Изглюкозыврастенияхобразуютсясложные
сахариды — полисахариды (целлюлоза, крах-
мал), различные жиры (растительные масла), а
при участии других компонентов (прежде всего
соединений азота и фосфора) возникают многие
другиеорганическиевещества(белки,различные
древесные смолы, эфирные масла и др.).
В верхней части схемы дается представле-
ние о сложности структур, в которые посту-
пает солнечная энергия: лист разрез листа с
обозначением клеток с пластидами увели-
ченное изображение клетки с пластидами и дру-
гими ее элементами детали пластиды с обо-
значением сложно устроенных молекул хлоро-
филла, в которых и происходит фотосинтез.
Внижнейчастиизображенаупрощеннаясхе-
мапроцессафотосинтеза.Цветамиобозначено:
черный — словесное пояснение;
желтый — источник энергии;
синий — вещества, вступающие в реакцию;
красный — вещества, образующиеся в ре-
зультате реакции.

8. 13
7. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬ
Каждый организм живет в определенных
условиях, которые образуют живые и неживые
компоненты среды: вода, атмосфера, тепло и
свет, минеральные вещества, наличие иных
организмов и их взаимоотношения.
Каждый организм чувствует себя наилуч-
шим образом при определенных (оптимальных)
условиях среды: при определенной температу-
ре среды, при наличии определенного количе-
ства кислорода, воды и т. д. Различные виды
организмов предъявляют различные требо-
вания к условиям среды (см. схему № 8). Раз-
личные факторы оказывают свое влияние одно-
временно и совместно.
Организмвнекотороймереспособенприспо-
сабливаться к определенному диапазону зна-
чений факторов среды, т. е. к определенным
границам температур, количеству воды и т. д.
Большие колебания значений отдельных
факторов среды, например, слишком высокая
или,наоборот,низкаятемпературасреды,слиш-
комвысокоеувлажнениеили,наоборот,недоста-
ток воды, воздействуют на организм как отяго-
щающая (стрессовая) ситуация. В стрессовой
ситуацииорганизмподвергаетсяугрозе,таккак
она истощает, обессиливает организм, ведь реа-
гируя на неблагоприятные условия, он должен
израсходоватьбольшееколичествоэнергии,дол-
жен менять режим регуляции процессов, проис-
ходящих внутри организма, и т. д.
Организмы одного и того же вида по-разно-
му — одни в большей, другие в меньшей степе-
ни — чувствительны к изменениям условий сре-
ды, хотя эти отличия в рамках одного вида не
столь значительны. Сопротивляемость к неко-
торым неблагоприятным факторам среды мож-
но несколько повысить соответствующей трени-
ровкой. И наоборот: искусственно поддержива-
емые благоприятные условия среды снижают
сопротивляемость организма.
Определенные значения факторов среды —
минимальные (максимальные) — представляют
собой границы существования данного вида. Это
лимитирующие (ограничивающие) факто-
ры. Ими могут быть количество воды в среде,
температура среды, наличие или отсутствие оп-
ределенного вещества в среде и т. п.
Предположим, что в определенной среде
большинство условий для жизнедеятельности
некоторого вида оптимальны, и только одно ус-
ловие имеет значение лимитирующего факто-
ра (например, недостаточное количество воды).
В этом случае именно этот единственный огра-
ничивающий фактор определяет, что организм
в данной среде не может существовать. Таким
образом, возможность существования организ-
ма в данной среде всегда определяется тем ус-
ловием среды, которое в наибольшей степени
приближается к лимитирующему значению.
Диапазон условий среды, к которым орга-
низм может приспосабливаться, образует диа-
пазон экологической приспособляемости
организма.
Он не всегда ограничивается минимальны-
ми или максимальными значениями: например,
для кукурузы наилучшим условием для фото-
синтеза является 100%-ное солнечное освеще-
ние, т. е. максимум света.
На схеме представлена кривая, отобража-
ющая идеальное влияние факторов среды на
организм. По горизонтальной оси откладывает-
ся рост интенсивности экологических факторов
(возрастание температуры среды, увеличиваю-
щееся количество воды, некоторых минераль-
ных веществ, наличие некоторых организмов и
т. д.); по вертикальной оси откладывается рост
активности организма (проявляется, например,

9. 14
8. ДИАПАЗОНЫ ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТИ ОРГАНИЗМОВ
К УСЛОВИЯМ СРЕДЫ
Различные виды предъявляют к среде раз-
личные требования.
Границы диапазона приспособляемости
организма к отдельным факторам среды у раз-
личных видов существенно отличаются. Неко-
торые виды имеют широкий диапазон приспо-
собляемости к данному фактору среды (напри-
мер, к температуре) и одновременно узкий — к
другому фактору (например, к наличию како-
го-нибудь вещества в среде). Чем более широкий
диапазон приспособляемости ко всем условиям
жизни имеет организм, тем более широко он
может быть распространен на Земле.
В экологических терминах используется
приставка «стено» (узкий диапазон приспособ-
ляемости) и «эури» (широкий диапазон приспо-
собляемости), когда надо отразить эту способ-
ность. Например, растения, растущие только в
среде с высокими температурами (тропические
области) или, наоборот, только в среде с низки-
ми температурами (области, близкие к земным
полюсам), обозначаются как растения стено-
термные, в отличие от растений эуритерм-
ных, которые легко переносят большие колеба-
ния температур (смену тепла и холода).
Цветом на схеме обозначено:
красная кривая — зависимость роста расте-
ний, произрастающих только в холодной среде,
от изменения температуры;
зеленая кривая — зависимость роста расте-
ний, произрастающих только в теплой среде, от
изменения температуры;
синяя кривая — зависимость роста расте-
ний, переносящих значительные тепловые ко-
лебания, от изменения температуры.
9. ВЗАИМНОЕ ВЛИЯНИЕ ФАКТОРОВ СРЕДЫ
Экспериментальным путем можно устано-
вить диапазон приспособляемости некоторых
видов организмов по отношению к различным
факторам среды.
При этом исследуется какой-нибудь один
фактор, например, температура среды, а зна-
чения других факторов фиксируются, счита-
ются неизменными. Это, конечно, упрощение.
Одновременное влияние всех факторов не учи-
тывается. В природе же на каждый организм
влияют совместно и одновременно многие
факторы.
в приросте биомассы, в повышенной способнос-
ти к размножению и т. д.).
Цветом на схеме обозначено:
белый — область благоприятных условий;
желтый — область условий, вызывающих
стресс;
синий — область условий, в которых орга-
низм не может существовать.

10. 15
10. ПРИМЕРЫ РАСТЕНИЙ С РАЗЛИЧНОЙ
ПРИСПОСОБЛЯЕМОСТЬЮ К СРЕДЕ
К факторам среды, которые весьма важны
для жизни растений, относится рН среды, преж-
де всего почвы.
Почвенная реакция (рН почвы) является
результатом весьма сложных взаимосвязей
между почвенной основой (образовалась ли по-
чва на известковых породах, гранитах или же
на других горных породах), количеством воды
в почве, воздухообменом в ней, кислородом
водных осадков и т. д. Нейтральная реакция
означает, что рН почвы равна 7, окисленные
почвы имеют рН меньше 7, а щелочные по-
чвы — более 7.
По распространению некоторых растений
можно определить рН почвы. Такие растения
являются индикаторами, точнее, биоиндика-
торами.
Например, мох сфагнум живет в окислен-
ной среде (рН равно 3–4), луговик извилистый
растет чаще всего в слегка окисленной среде
(рН приблизительно 5), тогда как подбел ле-
карственный лучше всего растет в нейтраль-
ной среде (рН равно 7). По местонахождению
этих растений можно судить о почвенной ре-
акции на этой территории.
Таким образом, область оптимальных усло-
вий образуется не только простым сложением от-
дельныхфакторовсреды,носущественнозависит
как раз от взаимосвязей между факторами. Эти
жевзаимозависимостивлияютинаобластьстрес-
са и лимитирующие условия, относящиеся к оп-
ределенному организму, т. е. влияют на числен-
ность его популяции в данной среде.
Совокупность условий среды меняется во
времени (например, в течение года). Поэтому
для каждой популяции в определенный период
года создаются наиболее благоприятные усло-
вия среды. В этот период наблюдается наиболь-
ший рост популяции.
Графическиможнопредставитькомбинацию
различных факторов среды, действующих в оп-
ределенном регионе во времени, и нанести кри-
вые,отражающиеростчисленностипопуляцииот
малого количества особей через его пик до коли-
чественного снижения численности популяции.
По графику можно определить, какая комбина-
ция факторов (и в какое время) создает наиболее
благоприятные условия для данного организма.
Подобным же образом можно проследить
взаимодействие факторов в одно и то же время,
но на различных территориях и определить, где
для данной популяции создаются наилучшие ус-
ловия существования.
Схема показывает, сколь сложно изучение
влияния условий среды на организм, сколь раз-
нообразны изменения условий среды и как со-
вершенны и одновременно чувствительны от-
ношения организма со средой.
Цветом на схеме обозначено:
желтая кривая — освещенность (количе-
ство солнечного света);
голубая кривая — количество осадков;
зеленая кривая — растительный покров
территории;
темно-синяя кривая — количество влаги;
красная кривая — численность исследуе-
мой популяции во времени (на данной террито-
рии при меняющихся условиях среды).
Черным пунктиром обозначена область,
которая с учетом межфакторных отношений
для данной популяции является оптимальной.

11. 16
11. АБИОТИЧЕСКИЕ И БИОТИЧЕСКИЕ
ФАКТОРЫ СРЕДЫ
Каждому организму для его жизни требу-
ется совокупность многих различных условий
среды. Их подразделяют на факторы неживой
природы — абиотические (свет, атмосфера,
вода, минеральные вещества, рельеф террито-
рии, различные другие воздействия — магнит-
ные, электрические, механические и т. п., а так-
же различные химические реакции, происходя-
щие в среде) и факторы живой природы — био-
тические, которые для каждого организма со-
здаются как представителями данного вида в
рамках его популяции, так и других видов в
рамках биоценоза.
Например,некоторыевидыявляютсяпищей
для данного организма, для других видов он сам
является пищей, некоторые организмы участву-
ют в разложении отходов его жизнедеятельнос-
ти, а другие служат укрытием, и т. д.
Для жизни каждого организма и популяции
в целом важно, чтобы условия (факторы) среды
находились в диапазоне его экологической при-
способляемости (см. схему № 7).
Примечание. Для популяции (т. е. совокуп-
ности организмов одного вида в определенном
месте и в определенное время) большое значе-
ние имеют именно те виды организмов, для ко-
торых данная популяция является пищей
(прежде всего хищники), так как в природе пи-
щей чаще всего становятся слабые или больные
особи — в результате популяция в целом ста-
новится более выносливой и лучше подготов-
ленной к дальнейшему воспроизводству.
На схеме рассмотрен конкретный пример
зайца европейского. Для него абиотическими
факторами являются:
солнечное излучение — источник света и
тепла;
атмосфера (воздушная среда), необходимая
для дыхания;
вода — необходимая часть пищи, а также
источник физического воздействия, наводне-
ния, например;
рельеф местности (наличие укрытий и т. п.);
прочие (наличие остатков различных хими-
ческих веществ, которые могут стать лимити-
рующим фактором существования в данной сре-
де, радиоактивное излучение и т. д.).
Биотическими факторами являются:
другие зайцы — представители популяции
зайцев как условие для размножения;
съедобные растения — заяц животное тра-
воядное;
животные, для которых заяц может стать
добычей (хищники — лисица, ястреб, некото-
рые пресмыкающиеся, человек-охотник);
организмы-паразиты или возбудители бо-
лезней, для которых заяц может стать носите-
лем (блохи, клещи, некоторые простейшие, бак-
терии);
другие организмы (кустарники, деревья
как места укрытия; почвенные организмы как
Цветом на схеме различий приспособляемо-
сти обозначено:
красный — диапазон экологической при-
способляемости мха сфагнума;
синий — диапазон экологической приспо-
собляемости луговика извилистого;
зеленый — диапазон экологической при-
способляемости подбела лекарственного.

12. 17
13. ВЗАИМОСВЯЗЬ ДВУХ ПОПУЛЯЦИЙ ЖИВОТНЫХ
Очень часто отношения между популяция-
ми животных основываются на пищевых свя-
зях, когда одна из популяций является пищей
для другой. Это отношения хищничества и па-
разитизма.
Паразитизм — это такое отношение, ког-
да популяция паразита существует за счет хо-
зяина, отбирает у него вещества, которые тре-
буются для жизни. Организмы-паразиты могут
находится как на поверхности тела хозяина —
эктопаразиты (вши, блохи), так и внутри тела —
эндопаразиты (глисты, солитеры). Популяция
паразитов бывает большей, чем популяция хо-
зяина.
Хищничество — это такое отношение,
когда популяция хищника кормится другой
популяцией. Хищник пожирает добычу цели-
12. КОНКУРЕНЦИЯ ДВУХ ПОПУЛЯЦИЙ РАСТЕНИЙ
Популяции разных организмов, живущих
совместно в одной среде, оказывают друг на дру-
га взаимное влияние. Популяции растений
очень часто конкурируют в своих требованиях
к среде, например, затеняют друг друга, претен-
дуют на одну и ту же воду, одни и те же мине-
ральные вещества в почве и т. д.
Конкуренция между популяциями расте-
ний проявляется и в том, что раздельный
рост популяций протекает иначе, чем совме-
стный рост этих популяций в одинаковых
условиях среды.
Схема помогает сравнить раздельное и со-
вместное произрастание популяций родствен-
ных водяных растений из семейства рясковые:
многокоренника обыкновенного и ряски гор-
батой. По горизонтальной оси графика откла-
дывается время (в неделях). По вертикаль-
ной — количество биомассы (в мг), образую-
щейся в результате роста растений за одина-
ковое время. Сплошной линией представлен
график раздельного роста популяций в двух
сосудах, пунктирной линией — совместный
рост двух популяций в одном сосуде, где они
конкурируют. На схеме видно, что при конку-
ренции преобладающее место займет ряска
горбатая.
переработчики отходов жизнедеятельности; че-
ловек, меняющий облик территории, применя-
ющий химикаты в сельском хозяйстве, добыва-
ющий пушнину, и т. п.).
Все условия, характерные для одного дан-
ного зайца, распространяются и на всю популя-
цию зайца европейского.

13. 18
ком или ее часть. Популяция хищника всегда
меньше популяции добычи. Примером может
служить отношение между популяциями
рыси и зайца.
Примечание. Данный пример является
примером регуляции с обратной связью (см.
схему № 2).
На схеме по горизонтальной оси отклады-
ваются годы, в которых проводился подсчет
14. КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ И ПОТОК ЭНЕРГИИ В ЭКОСИСТЕМЕ
Экосистема в экологии рассматривается как
основная структурная и функциональная еди-
ница. В ней (как и в природе) происходит посто-
янный обмен веществ, поддерживаемый одно-
сторонним потоком энергии солнца.
Энергия солнечного излучения посредством
фотосинтеза обеспечивает наличие в экосисте-
ме зеленых растений (см. схему № 5), которые
продуцируют органические вещества. Это про-
дуценты — основание пищевых отношений
(см. схему № 15).
Энергию растений используют травояд-
ные. Это — консументы первого порядка.
Травоядные являются пищей для плото-
ядных и всеядных — консументов второго и
следующих порядков.
Продукты обмена веществ и остатки отжив-
ших организмов (листья деревьев, тела умер-
ших животных) поступают в почву, образуя ее
органическое вещество. Энергия, которая со-
держится в нем, используется различными поч-
венными организмами (грибы, плесень, бакте-
рии). Они постепенно разлагают органическое
вещество почвы на гумус (гумификация) и ми-
неральные вещества (минерализация). Эти поч-
венные организмы называются редуцентами.
При каждом переходе энергии из одного
пищевого звена в другое часть энергии высво-
бождается в виде тепла. Общее количество выс-
вобожденного тепла, согласно законам термоди-
намики, равняется количеству энергии, посту-
пившей в экосистему.
Некоторые органические вещества поступа-
ют в экосистему из окружающей среды (пересе-
ление организмов), некоторые минеральные ве-
щества поступают в неживую часть экосистемы
вместе с осадками, с помощью ветра и т. д. Ана-
логичным способом органические и неоргани-
ческие вещества поступают из экосистемы в ок-
ружающую среду.
Цветом на схеме обозначено:
желтый — энергия солнца (источник энер-
гии, солнце — Е);
красный — тепло, высвобождающееся при
переходе энергии из одного пищевого звена в
другое (t);
зеленый — движение органического веще-
ства;
черный — движение минеральных веществ.
P — продуценты (растения);
K1
— консументы первого порядка (траво-
ядные);
K2
, K3
—консументы следующих порядков
(плотоядные, всеядные);
R — редуценты (почвенные организмы).
пушнины; по вертикальной — количество от-
ловленных зайцев и рысей. Синяя кривая гра-
фика отражает колебания плотности популяции
зайца, красная кривая отражает колебания
плотности популяции рыси канадской.
Плотность популяции — это количество
особей данного вида (или величина биомассы)
на определенной территории (в определенном
объеме) в определенное время.

14. 19
15. ПИЩЕВАЯ ПИРАМИДА
Место отдельных популяций в пищевых
отношениях можно наглядно представить так
называемой пищевой пирамидой. Ее основание
образуют продуценты (зеленые растения), пи-
тание которых зависит от абиотических усло-
вий — воды, углекислого газа, минеральных
веществ в почве, солнечного излучения.
Продуценты являются основой пищи кон-
сументов — от травоядных (консументы перво-
го порядка) к плотоядным и всеядным (консу-
менты следующих порядков).
Например, в наземной экосистеме пище-
вая цепь имеет вид:
В водной экосистеме пищевая цепь имеет
вид:
На каждом пищевом уровне на больших
организмах всегда приживаются меньшие орга-
низмы — паразиты. У каждого — свои.
Остатки организмов и отходы их жизнеде-
ятельности еще содержат энергетически богатое
органическое вещество. За счет него живут
многие другие организмы, которые разлагают
это органическое вещество до простейших эле-
ментов. К этим организмам относятся различ-
ные грибы, плесень, черви. Благодаря им в
почве образуется гумус.
Простейшие органические вещества разла-
гаются и преобразуются в минеральные с помо-
щью почвенных бактерий.
Пирамида отражает рассмотренные пище-
вые отношения количественно.
На схеме цветом обозначено:
черный — почва (А);
зеленый — зеленые растения (проду-
центы), P;
оранжевый — консументы различных по-
рядков (K1
, K2
, K3
);
желтый — паразиты (X);
фиолетовый — редуценты (R).
Консументами первого порядка может быть
использовано 10–20% биомассы, консументы
второго порядка обычно также используют мак-
симум 10–20% биомассы, и т. д.
На суше это соотношение примерно следу-
ющее:
1 000 000 т травы 1000 т травоядных
10 т плотоядных.
В морской среде:
1 000 000 т планктона 100 000 т мелких
ракообразных 10 000 т мелких рыб 1000 т
макрели 100 т тунца.
Конкретный весьма упрощенный расчет (по
Одуму):
поле площадью 4 га дает 8211 кг люцерны
(уровень P), съедая которую, коровы (уровень
К1
) нагуливают 1035 кг говядины, служащей
пищей для мальчика (уровень К2
), набирающе-
го 48-килограммовый вес.
P K1
K2
K3
анрецюл цяаз асил
буд
акрожодолп
яавобуд
ацинис
-бертся
кинтялепереп
P K1
K2
K3
K4
-одов
,илсор
-отиф
-кналп
нот
-зарбоокар
,еын
-кналпооз
нот
икничил
-окесан
хым
еиклем
ыбыр
-щих
еын
ыбыр

15. 20
Энергетическая пирамида, отражающая
переход энергии в этом примере:
Это означает, что 0,24% солнечного излу-
чения использует люцерна; 0,8% энергии лю-
еонченлоС
еинечулзи
анрецюЛ авороK кичьлаМ
01·562 11
жД
01·526 8
жД
01·005 7
жД
01·53 6
жД
церны используют коровы; 0,7% энергии говя-
дины использует мальчик.
Эффективность использования солнечной
энергии весьма низкая, особенно у консументов
высших порядков. Из энергии солнечного излу-
чения, попадающей на поле площадью 4 га,
мальчик использует всего одну миллионную
часть.
16. НАКОПЛЕНИЕ ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ
В ПИЩЕВЫХ ЦЕПЯХ
Находящиеся в неживой природе вредные
для организмов вещества (тяжелые металлы,
яды и др.), продвигаясь по пищевым цепям,
постепенно накапливаются в последующих
уровнях пищевой пирамиды, концентрируясь
во все меньших объемах биомассы на высших
пищевых уровнях.
Чем выше пищевой уровень организма, тем
больше ему угрожают находящиеся в его пище
вредные вещества.
Человек может находиться на различных
пищевых уровнях — с точки зрения способа пи-
тания он является всеядным. Если он питается
растительной пищей, то находится на уровне
консумента первого порядка, если же питается
мясом, — то на уровне консументов высших
порядков.
В водной среде основой пищевой пирами-
ды является вода с растворенными в ней веще-
ствами и солнечное излучение. Органические
вещества образуются в процессе фотосинтеза —
продуцентами являются водоросли и фито-
планктон.
Фитопланктон — основа питания рыб —
от мелких растительноядных до хищных (см.
схему № 15), а рыбы являются составной час-
тью питания человека.
На схеме изображена пищевая пирамида в
водной среде.
Цветом обозначено:
голубой — вода (среда обитания организ-
мов);
зеленый — уровень продуцентов (фито-
планктон), 10 000 кг биомассы;
красный — уровень консументов (K1
— ра-
стительноядные рыбы, 1000 кг биомассы; K2
—
мелкие хищные рыбы, 100 кг биомассы; K3
—
крупные рыбы, 10 кг биомассы; K4
— человек,
1 кг биомассы).
Красными точками на схеме представлено
постепенное накопление молекул ДДТ в цепи
питания.

16. 21
17. ПРОДУКЦИЯ ЭКОСИСТЕМЫ
В экосистеме всегда только часть энергии
солнечного излучения используется для образо-
вания органического вещества (биомассы).
Большинство поступающей энергии не исполь-
зуется: или не попадает на листья, или отража-
ется от их поверхности.
Использованная энергия переходит в био-
массу растений, которая представляет собой
общую биопродукцию экосистемы (ОБП).
Приблизительно половину ОБП (образо-
ванной биомассы) растения используют для
клеточного дыхания (см. схему № 6). Остающа-
яся часть идет на построение самого растения
(листья, цветы, плоды, корни и т. д.) — это так
называемая чистая первичная продукция
(ЧПП). Эта биомасса является основой питания
растительноядных (консументов первого по-
рядка).
И вновь только часть биомассы, поедаемой
растительноядными, используется для жизне-
деятельности (для клеточного дыхания), другая
же часть идет на построение тела животных.
Эту биомассу называют вторичной продукцией
(ВП). Вторичная продукция — основа питания
других животных — консументов высших по-
рядков.
Растения экосистемы, несъеденные живот-
ными, представляют собой чистую продукцию
экосистемы (ЧП).
Пример. 1 га лиственного леса в течение года
получает 38 · 109
кДж энергии солнечного излу-
чения. Используется только около 15% этого
количества энергии на создание 30 т биомассы,
при этом выделяется около 15 т кислорода. Эти
30 т составляют общую биопродукцию экосис-
темы (ОБП).
Половина ее (приблизительно 15 т) исполь-
зуется растениями для клеточного дыхания, а
другая половина идет на прирост самих расте-
ний (т. е. чистый первичный продукт — ЧПП).
Эти 15 т биомассы (чистая первичная продук-
ция, ЧПП) образуют стволы, листья, цветы,
плоды и корни деревьев и трав в лиственном
лесу.
Образовавшиеся тела растений становятся
пищей для растительноядных животных, кото-
рые используют примерно половину чистой пер-
вичной продукции (7–8 т биомассы). Из этого
количества опять более половины биомассы по-
требуется для жизнеобеспечения животных
(для клеточного дыхания), а другая половина
(т. е. приблизительно 3–4 т биомассы) пойдет на
построение тела растительноядных и образует
вторичную продукцию. Ко вторичной продук-
ции относятся все последующие консументы.
В виде тела растений за год прирастает 6–
8 т биомассы (чистой первичной продукции), по
большей части в виде древесины, так как лис-
тья деревьев, часть их корней каждый год опа-
дают или отмирают.
На основе знания этих взаимосвязей мож-
но судить, сколько биомассы растений необхо-
димо для обеспечения жизни определенного
количества животных в природе, насколько уве-
личивается биомасса в экосистеме за год.
За 22 года наблюдений было установлено,
что на 1 м2
морской поверхности в день посту-
пает 12,6 · 106
Дж энергии солнечного излуче-
ния. Из этого количества 37 800 Дж использу-
ется водорослями, а затем 1000 Дж энергии —
зоопланктоном. Рыбы, выловленные за день с
1 м2
, содержат около 21 Дж энергии. Продуктив-
ность этой экосистемы очень мала — 0,00015%.
Значительно большую продуктивность име-
ют экосистемы суши, особенно занятые под
сельскохозяйственное производство. Подсчита-
но, например, что для производства 1 кг говя-

17. 22
жьего мяса требуется 35 кг свежей травы (7 кг
сена). Здесь продуктивность — 6%. При выра-
щивании поросят или птицы продуктивность
достигает 20% и более.
На схеме представлено:
образование биомассы (ОБП) экосистемы
лиственноголеса;обозначеныпоступлениеэнер-
гии, неиспользованная энергия, выделенный
кислород (15 т) и созданная биомасса (15 т);
распределение общей биопродукции на по-
требление (дыхание) растениями (15 т) и чистую
первичную продукцию в телах растений (15 т),
в том числе распределение ЧПП по отдельным
частям растений (листья, плоды, цветы, корни,
древесина, травы);
распределениечистойпервичнойпродукции
на биомассу, потребляемую для дыхания живот-
ными; на построение тел животных — вторич-
ную продукцию, из которой черпают энергию
другие консументы (K) и редуценты (R); на ос-
тавшиеся растения (чистую продукцию), в том
числе ежегодный опад листьев и отмирающие
травы — основа жизни редуцентов (R).
18. ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ
Геологический цикл представляет собой
взаимосвязанную систему процессов тектони-
ческого и осадочного свойства.
Тектоническими являются горообразова-
тельные процессы, вулканическая деятель-
ность и складкообразование (подвижки зем-
ной коры), основой чего являются процессы,
происходящие в глубинах Земли при высоком
давлении и температуре. В результате этого про-
исходят изменения в горных породах.
Осадочные процессы происходят под воз-
действием внешних факторов, прежде всего в
результате изменений среды, влияния ветра и
воды. Это воздействие заключается в постепен-
ном выветривании горных пород на поверхно-
сти Земли, в их переносе или эрозии (ветровой,
водной) с последующим оседанием. Огромные
толщи осадочных пород оказывают давление на
горные породы, в результате чего они видоиз-
меняются.
Этот цикл, весьма длительный по времени,
оказывает существенное влияние на жизнь на
Земле, поскольку формирует облик земной по-
верхности. Но и жизнь, живые организмы иг-
рают большую роль в разрушении и выветрива-
нии горных пород на суше, в создании самих
горных пород, в изменении условий выветрива-
ния. Большую роль стал играть микроклимат,
создаваемый растительностью. Изменился и сам
климат Земли.
Наконец, наступило время, когда человече-
ство стало геологообразующей силой. Вмеша-
тельство человека в геологический цикл несет
в себе угрозу (например, при распашке земель
для сельскохозяйственного использования,
вскрышных работах при добыче полезных ис-
копаемых ускоряются процессы ветровой и вод-
ной эрозии).
На схеме цветом обозначено:
красный — тектонические процессы;
черный — осадочные процессы.

18. 23
19. КРУГОВОРОТ ВОДЫ (ГИДРОЛОГИЧЕСКИЙ ЦИКЛ)
Гидрологический цикл совершается за счет
большей части (более 90%) энергии солнечного
излучения, поступающего на поверхность Зем-
ли. Основные его процессы — испарение и кон-
денсация.
Распределение воды на Земле (%):
моря и океаны — 97,22;
ледники — 2,14;
подземные воды на больших глубинах —
0,62;
поверхностные водоемы — 0,01;
подземныеводынебольшихглубин —0,005;
влага в атмосфере — 0,001;
вода в поверхностных стоках — 0,0001;
вода в живых организмах — 0,0001.
Соленая вода составляет 97,22% этого коли-
честваитольконеполных3% —этопреснаявода.
Под воздействием солнечного излучения
вода испаряется (больше всего из океанов —
примерное годовое количество осадков над оке-
аном 112 см, тогда как над сушей — 72 см) и в
виде водяных паров поступает в атмосферу, а
после конденсации в виде осадков возвращает-
ся на Землю. На суше часть ее вновь сразу испа-
ряется, часть стекает по поверхности, часть впи-
тывается. Вместе с водой циркулируют и все
вещества, содержащиеся в ней.
Вода незаменима для жизни: это важней-
ший растворитель различных веществ, участ-
ник основных реакций в живых организмах,
переносчик веществ внутри них, вода поддержи-
вает тонус растительных и животных тканей,
оказывает влияние на тепловую регуляцию,
является жизненной средой для многих орга-
низмов.
Количество воды оказывает влияние на об-
лик всей экосистемы. Минимальное количество
осадков отмечается в пустынных областях (0,25
см в год и менее), максимальное — в Гималаях
(до 1232 см в год). Однако важно не только об-
щее количество осадков, но и их распределение
в течение года.
Благодаря гидрологическому циклу вода
является неисчерпаемым природным источни-
ком. Однако человек опаснейшим образом вме-
шивается в этот цикл:
ускоряет отток воды с суши (спрямление
водотоков, вырубка лесов и т. д.), в результате
чего происходит высыхание территории, усили-
вается эрозия почвы и т. д.;
загрязняет воду до такой степени, что она
становится непригодной для использования;
усугубляет парниковый эффект, в резуль-
тате которого может произойти таяние ледни-
ков и, соответственно, затопление части суши.
На схеме цветом обозначено:
синие стрелки — испарение и конденсация
воды;
черные стрелки — движение воды на по-
верхности и под землей.
Цифры дают приблизительное представле-
ние о распределении воды по отдельным частям
гидросферы.

19. 20. БИОХИМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ
Биохимический цикл представляет собой
круговорот веществ между живой и неживой
природой. Источником его существования так-
же является солнце — приблизительно 1% энер-
гии солнечного излучения, поступающего на
земную поверхность. Он основан на фотосин-
тезе (см. схему № 5), дыхании (см. схему № 6)
и пищевых (трофических) отношениях (см. схе-
мы № 14 и 15).
Биохимический цикл охватывает всю био-
сферу планеты и связывает ее с другими сфе-
рами Земли.
Так, все живые организмы связаны с гид-
росферой (см. схему № 19). Вода является со-
ставной частью всех организмов, участвует во
всех основных жизненных процессах и служит
жизненной средой для многих организмов. С
водными растворами в тела организмов посту-
пают многие вещества.
Отмершие организмы и продукты их жиз-
недеятельности попадают в педосферу, где оби-
тает огромное количество организмов, особен-
но микроорганизмов, которые принимают ак-
тивное участие в образовании почвы. В 1 см3
почвы находится 2–2,5 млн почвенных бакте-
рий и других микроорганизмов. Из педосферы
организмы получают минеральные вещества,
прежде всего в виде водных растворов.
В биохимический цикл попадают элементы
из геологического цикла, с которым связано об-
разование почвы. Геологический цикл оказыва-
ет существенное влияние на жизнь и весь про-
цесс развития организмов.
Все живые организмы взаимодействуют с
атмосферой: из нее в процессе фотосинтеза зе-
леные растения (автотрофные организмы) по-
глощают углекислый газ, а в нее выделяют кис-
лород (при аэробном дыхании организма, наобо-
рот, потребляется кислород и выделяется угле-
кислый газ). Атмосферный азот поглощают не-
которые почвенные бактерии, а другие, наобо-
рот, в результате разложения азотистых ве-
ществ выделяют азот в атмосферу.
В биохимическом цикле обращаются все
элементы, которые принимают участие в стро-
ительстве тел организмов (биогенные элемен-
ты), а также вредные загрязнения, которые при-
вносятся в среду в результате хозяйственной
деятельности человека, оказывая воздействие
на всю биосферу.
На схеме цветными фигурами обозначены
основные участники биохимического цикла —
живые организмы, атмосфера, гидросфера и
педосфера. Черные стрелки обозначают переме-
щение веществ, происходящее при поступлении
энергии в живую природу. Синими стрелками
обозначено обратное движение веществ при выс-
вобождении энергии в процессе жизнедеятель-
ности (при дыхании).

20. 25
21. КРУГОВОРОТ УГЛЕРОДА
Углерод достаточно широко распростра-
нен в природе. В атмосфере Земли содержит-
ся приблизительно 0,34% углекислого газа
(СО2
), в меньших количествах углерод присут-
ствует в других газах (метане — СН4
, окиси уг-
лерода — СО и др.). Газообразные соединения
углерода выделяются в процессе вулканичес-
кой деятельности. В виде различных углекис-
лых солей углерод содержится в отложениях
(осадках), в известняках, в почве. При вывет-
ривании высвобождается СО2
. В меньшем ко-
личестве углерод сконцентрирован в природ-
ном топливе (уголь, нефть, природный газ). В
виде растворенных углекислых солей, окиси
углерода и других соединений углерод содер-
жится в воде, а из воды выделяется в виде уг-
лекислого газа — СО2
. Всё это можно отнести
к неживой природе, к ее геохимическим про-
цессам.
Углерод является основным элементом
всех органических веществ. Его способность об-
разовывать различные по длине и строению
цепи является основой разнообразия органи-
ческих веществ и, тем самым, разнообразия
жизни. В виде СО2
углерод из атмосферы в про-
цессе фотосинтеза попадает в тела растений,
в виде различных органических веществ про-
ходит по пищевыми цепям, а в процессе дыха-
ния всех организмов выделяется в виде СО2
.
Подобным же образом СО2
выделяется в процес-
сах разложения — тления, гниения. Это — био-
химические процессы.
Соединения углерода (органические веще-
ства) переносятся водой и становятся составной
частью осадков на дне моря, которые благода-
ря горообразовательным процессам вновь воз-
вращаются на поверхность, а затем выветрива-
ются. Подобным же образом осаждаются нера-
створимые известковые соединения, которые
при определенных условиях выветриваются, и
при этом в атмосферу выделяется СО2
.
Геохимические и биохимические процессы,
обеспечивающие круговорот углерода в приро-
ЧАСТЬ II
ЕСТЕСТВЕННЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ
ЭКОСИСТЕМЫ.
КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

21. 26
де, долгое время находились в равновесии, и тем
самым общее количество СО2
в атмосфере на про-
тяжении десятков миллионов лет поддержива-
лось на постоянном уровне.
В настоящее время под воздействием хо-
зяйственной деятельности человека количе-
ство СО2
в атмосфере заметно увеличивается:
интенсивная хозяйственная деятельность уско-
ряет процессы выветривания земной поверхно-
сти (почвы), всевозрастающие добыча и сжи-
гание природного топлива способствуют кон-
центрации углекислого газа в атмосфере. Если
в начале XX в. она составляла примерно 280
частей на миллион, то к концу века достигла
величины 355 частей на миллион, т. е. возрос-
ла на 20% за сто лет.
В течение года этот показатель меняется: в
период вегетации в северном полушарии, где ра-
стительность преобладает на суше, содержание
СО2
ватмосференескольконижеврезультатеин-
тенсивного фотосинтеза. Причиной повышения
количества СО2
в атмосфере является сжигание
природного топлива. И хотя часть образующего-
ся СО2
поглощается водами океанов, расчеты по-
казывают,чтовтечениенесколькихдесятковлет
содержание СО2
в атмосфере может удвоиться.
Результатомэтихизмененийбыбылосуществен-
ноеповышениевлияниятакназываемогопарни-
кового эффекта (см. схему № 47).
Окись углерода и некоторые другие газы,
находящиеся в атмосфере, поглощают отражен-
ное от земной поверхности инфракрасное излу-
чение и тем самым способствуют повышению
температуры на поверхности Земли. В связи с
этим можно ожидать климатических перемен и
таяния льдов в полярных областях Земли, что
привело бы к затоплению обширных низменных
территорий, изменению облика земной поверх-
ности, сокращению площади суши и, соответ-
ственно, среды обитания сухопутных организ-
мов (людей в том числе).
Вмешательство человека в круговорот угле-
рода, его циклы, занимающие миллионы лет,
может повлечь существенные негативные по-
следствия для жизни на Земле в не столь отда-
ленном будущем, если уже сегодня не будут
приняты решительные меры. Основными требо-
ваниями являются экономия энергии, сокраще-
ние использования природного топлива и пере-
ход к иным источникам энергии.
На схеме представлены биохимические ча-
сти цикла, т. е. движение углерода между жи-
выми организмами (автотрофно — растения,
гетеротрофно — животные, грибы и бактерии,
прежде всего почвенные) и средой; геохимичес-
кие части цикла, т. е. движение углерода в не-
живой природе; вмешательство человека в
круговорот углерода.
Цветом обозначены:
зеленый — поступление СО2
в органические
вещества при фотосинтезе;
черный — постепенное использование орга-
нических веществ в пищевых цепях и выделе-
ние СО2
при дыхании;
синий — обмен углеродом между почвой и
атмосферой, между водой и атмосферой, выде-
ление СО2
из осадочных пород и в процессах вул-
канической деятельности;
красный — ускорение выветривания и вы-
деления СО2
при сельскохозяйственной обработ-
ке земли, строительстве и т. п., выделение СО2
при сжигании природного топлива.

22. 27
22. КРУГОВОРОТ АЗОТА
Азот (N2
) является весьма инертным в хи-
мическом отношении газом, которого в атмос-
фере содержится примерно 78%. В значитель-
но меньшем количестве в воздухе присутству-
ют соединения азота (аммиак, ионы азота),
которые, наоборот, легко вступают в реакцию.
В литосфере и гидросфере азота содержится
меньше (приблизительно 0,002%).
В живой природе азот является четвертым
по распространенности элементом (после угле-
рода, водорода и кислорода). Он входит в состав
белков и нуклеиновых кислот и, следовательно,
присутствует в каждой клетке. А превращения
азотистых веществ служат источником энергии
для ряда групп почвенных бактерий.
Естественныйкруговоротазотавбольшей
степени происходит между живыми организма-
ми,почвойиводой(биохимическиециклы —см.
схему № 20). Растения получают азот из почвы в
форме нитрат-ионов (NO3
–
), нитрит-ионов (NO2
–
)
или ионов аммония (NH 4
+
) и используют его для
образования белка и нуклеиновых кислот — со-
ставных частей каждой клетки. По пищевым це-
пям органические вещества растений поступают
в тела других организмов, и в форме опада, экс-
крементов (мочевины) и остатков организмов
азот попадает в почву, где разлагается.
В разложении азотистых органических со-
единений, которые постепенно минерализуют-
ся в неорганические ионы, особое участие при-
нимают почвенные бактерии. Это, к примеру,
аммонифицирующие (гнилостные) бактерии, в
результате деятельности которых в почве воз-
никают ионы аммония (NH4
+
), и нитрифициру-
ющие бактерии, которые образуют в почве нит-
рат-ионы (NO3
–
) и нитрит-ионы (NO2
–
), тогда
как денитрифицирующие бактерии способству-
ют разложению азотных соединений и выделе-
нию азота (N2
) из почвы.
При превращениях азотистых соединений
в почве происходит целая система реакций, ход
которых зависит от характеристик почвы, осо-
бенно воздухообмена в ней.
Меньшая часть азота циркулирует через
атмосферу. Происходит это во время гроз, ког-
да под воздействием электрических разрядов
азот соединяется с кислородом и возникают ок-
сиды азота (NOx
), которые вместе с дождем по-
падают в почву.
Другой путь поступления атмосферного азо-
та в цикл обеспечивают некоторые почвенные
бактерии-азотфиксаторы, например, клубень-
ковые бактерии, живущие на корнях растений.
Относительно небольшая часть соединений
азота поступает в атмосферу в результате вул-
канической деятельности. Эти процессы урав-
новешиваются высвобождением азота из почвы
при разложении азотистых соединений (при
денитрификации).
Круговорот азота весьма сложен и еще до
конца не изучен.
Вестественныйкруговоротазотавмешивает-
сячеловек.Онвыращиваетвбольшомколичестве
растения, поглощающие азот из воздуха, и для
повышения содержания азота в почве применяет
так называемые зеленые удобрения — запахива-
ет в почву растения, богатые белком. Значитель-
ноевоздействиеоказываетпромышленноепроиз-
водство азотных удобрений (атмосферный азот
при значительных затратах энергии превращает-
ся в различные азотные удобрения — нитраты,
соли аммония). Они существенно повышают уро-
жайность в земледелии, однако растения потреб-
ляют только часть удобрения, а остальное в боль-
ших дозах и в неподходящее время вымывается
из почвы и попадает в воду, значительно снижая
качество поверхностных и подземных вод.