Лапландский государственный заповедник: экологическое состояние и мероприятия по оздоровлению

Лапландский государственный заповедник: экологическое состояние и мероприятия по оздоровлению

План

Введение

.        Географическое положение биогеоценоза

.        Структурные и функциональные особенности биогеоценоза

.        Оценка биотических компонентов биогеоценоза

.        Оценка и анализ абиотических компонентов биогеоценоза

.        Оценка и анализ функционального состояния биогеоценоза

.        Оценка и анализ межбиогеоционных связей

.        Механизмы круговорота веществ

.        Модель структуры биогеоценоза по В.Н.Сухачеву

.        Экологический прогноз анализируемого биогеоценоза и предложения по его оздоровлении

Заключение

Литература

Введение

Кольский полуостров, "Страна полуночного солнца", "царство полярной ночи", "суровая Похъёла - старинная Лопская земля", она же "русская Лапландия", родина отечественного северного мореплавания, оплот северного морского рыболовства, кладовая "камня плодородия"...

К далеким временам восходят легенды о нашем крае, доброй славою отмечены страницы его истории - и древней, и совсем недавней.

С каждым годом растет популярность Кольского полуострова. Все больше и больше туристов и экскурсантов приезжает к нам из других областей страны, чтобы отдохнуть, познакомиться с природой, историей, экономикой и людьми нашего замечательного края.

Разнообразные природные условия Мурманской области - обширные лесные низменности и горные массивы, бесчисленные озера и порожистые реки, редкие минералы и полезные ископаемые, богатый и своеобразный растительный и животный мир, памятники старины и новостройки - все это можно увидеть одновременно за одно путешествие по нашему краю.

И тот, кто однажды побывал на Севере, уже не может его забыть и стремится вернуться сюда.

Относительная близость к центральным областям России, отличное сообщение еще больше расширяют возможности для тех, кто желает познакомиться с нашим краем. Он радушно распахнет двери: северяне - народ гостеприимный…

1. Географическое положение

Лапландский заповедник расположен в центре Кольского полуострова, рядом с Мончегорском и Апатитами. Территория заповедника расположена в зоне северной тайги, приблизительно в 100 км к юго-западу от границы равнинной тундры.

Площадь заповедника составляет 278 436 га, наибольшая длина с юго-востока на северо-запад - 97 км наибольшая ширина - 56 км.

Особенности климата Лапландского заповедника определяются его положением в 120-180 км к северу от полярного круга и гористым характером местности.

В дни зимнего солнцестояния на южной границе заповедника солнце с 9 декабря по 3 января совсем не появляется над горизонтом, а летом оно не заходит в течение полутора месяцев, с 30 мая по 14 июля

Средняя температура самого холодного месяца, февраля, в районе заповедника равна -13,5°, ниже -40° температура опускается примерно раз в 7 лет.

Снежный покров продолжает нарастать до конца марта. В эту пору день становится длиннее ночи, облачность минимальная, поэтому ночами сильно морозит, а днем солнце так быстро нагревает приземный воздух, что сублимация с поверхности снега не успевает насытить его влагой и относительная влажность нередко падает до 30% и даже ниже. Снег в такую погоду оседает и покрывается настом.

Лето прохладное, средняя температура июля равна 13,9°, а максимальная достигает 25-30°. Северные ветры («морянка») приносят холода и ненастье, даже в июне нередко выпадает снег: так, 22 июня 1977 г. вся территория заповедника была покрыта снегом, лежавшим более суток. За год выпадает около 600 мм осадков, из них 40% в форме снега.

Рис. 1. Расположение Лапландского заповедника на территории Мурманской обл.

2. Структурные и функциональные особенности

заповедник биогеоценоз экологический оздоровление

Лапландский государственный заповедник был создан в 1930 году для сохранения природы северной тайги и горных тундр Кольского полуострова и, в первую очередь, для охраны диких северных оленей, встречающихся в то время только на его территории. В 1985 году решением Юнеско заповеднику был присвоен статус биосферного. Подобный статус получают только заповедники с наиболее характерными (эталонными) участками различных ландшафтов Земли.

В 1928 году при подготовке создания Лапландского заповедника его необходимость была обоснована так: «Единственной действительной мерой для охраны дикого оленя является организация заповедника на Кольском полуострове. Сохранение первозданных лесных сообществ и нетронутых домашними стадами ягельников (лесных, ягельников паркового редколесья и горно-тундровых) должно войти в план организации заповедника. Сохранением и распространением указанных животных и сохранением требующих охраны растительных сообществ не ограничивается, конечно, значение заповедника, он должен стать базой научной работы, базой по изучению тех биоценозов, тех географических ландшафтов в самом широком смысле слова, какие представляет собой природа Лапландии».

Рис. 2. Территория Лапландского заповедника.

По заповеднику проходит водораздел Белого и Баренцева морей. Рельеф заповедной территории сильно пересеченный, включает 5 отдельных горных массивов с высотами от 600 до 1114 метров, восемь озерно-речных систем, несколько рек от истока до устья протекают по заповеднику. Леса занимают 52 % территории, скалы и горные тундры 36 %, озера и реки 4 %, остальное березовое криволесье и болота.

Ландшафт заповедника весьма разнообразен. Широко раскинулись открытые горные тундры. Главный горный массив - Чуна-тундра. Здесь находится одна из самых высоких и красивых вершин Кольского полуострова - Эбчорр (1114 м над уровнем моря).

. Оценка биотических компонентов

Лапландский заповедник это огромная экосистема, которая включат в себя множество различных биоценозов - здесь и северные таежные леса, и горные тундры, реки, озера и болота. Каждый уникален по своей природе и человек просто обязан сохранить и приумножить эти богатства.

Своеобразие флоры заповедника проявляется в преобладании вечнозеленых растений; повсеместном обилии ягодных кустарничков; широком распространении насекомоядных растений - в заповеднике обитают едва ли не все известные на Восточно-Европейской равнине виды - 2 вида росянок, 3 вида жирянок, 3 вида пузырчаток; полном отсутствии растений, распространяющихся при помощи животных (лопух, череда, липучка и др.); большом значении лишайников.

В Лапландском заповеднике зарегистрировано 530 видов сосудистых растений, в том числе 82 редких, 245 видов мхов, 144 вида лишайников и 225 видов шляпочных грибов.

Одна из основных ценностей заповедника - девственные старовозрастные леса. Возраст некоторых лесных массивов, появившихся после схода последнего ледника, три, пять и даже десять тысяч лет. В развитие их на протяжении всего этого времени не вмешивались никакие силы, кроме природных. Возраст деревьев в этих лесах достигает 400 - 500 и даже 600 лет, высота их достигает 30 метров, а диаметр ствола 70 сантиметров. Это уникальное явление для таких высоких широт. В Европе почти не осталось подобных лесов природного происхождения. В лесах заповедника преобладают хвойные породы: сосна Фриза и ель сибирская. Встречаются редкие для Кольского полуострова еловые ягельники и сосновые боры паркового типа.

Чистые боры редки, к соснам обычно примешивается береза двух видов - бородавчатая и субарктическая, образующие второй ярус леса, так как высота их не превышает 15м; нередка и примесь ели, особенно на влажных участках.

Подлесок не развит, кусты можжевельника сибирского, рябины, козьей ивы (и других ив) растут рассеянно. Живой напочвенный покров сплошной, с преобладанием зимне-зеленых кустарничков - брусники, вороники, черники.

На болотах растут кукушкины слезки, разнолистная фиалка, сабельник и другие болотные растения. В заболоченных лощинах - карликовая березка, калган, молиния и разные осоки. На иловатой топи между плотинами растут болотные мхи, где селятся морошка, влагалищная пушица, мелкоплодная клюква, круглолистная росянка, андромеда, багульник, голубика, вороника. А где посуше - ягели и невысокие сосны.

Большинство видов редких растений приурочено к горам - папоротник-костенец, орхидея леукорхис, альпийский василистник, жестколистная камнеломка, болотный бодяк, волосовидная осока.

В составе флоры заповедника нет эндёмиков. Поскольку территория региона сравнительно недавно освободилась от ледникового покрова, флора его молода по происхождению и, вероятно, продолжает пополняться новыми иммигрантами. В начале 30-х годов на берегах Чуны встречались виды заносного происхождения - пижма, тысячелистник, щавели, которые «не вписываются» в устойчивые местные ценозы. Причем в некоторых местах они вытесняют аборигенов, создавая иной фон растительного покрова.

Разнообразна фауна Лапландского заповедника. Здесь обитают 31 вид млекопитающих, более 200 видов птиц. Большая часть фауны горных тундр - общая с фауной лесного пояса. Так, дикий северный олень живет и в лесах, и в тундрах, лишь в конце зимы олени обосновываются на склонах. В поисках этих стад высоко в горы поднимается росомаха. В лесах и тундре встречаются лисица, лось и медведь. В скалах живет горностай, по берегам лесных рек и ручьев обитают норка и выдра. В лесу часто встречается куница, можно увидеть зайцев и белок, изредка - ласку. Акклиматизированы в заповеднике бобр и ондатра.

Из птиц для тундры особенно характерна тундряная куропатка, никогда не залетающая в лес. Здесь же встречаются пуночки, рогатые жаворонки, луговые коньки и другие птицы. 5 видов хищных птиц, гнездящихся в заповеднике, занесены в Красную книгу: беркут, орлан - белохвост, скопа, соколы - кречет и сапсан. В 2001 г. зарегистрированы гусь - пискулька и филин.

В заповеднике живут два вида рептилий: гадюка и живородящая ящерица, и один вид амфибий - лягушка травяная.

Из 15 видов рыб, обитающих в заповеднике, 6 принадлежит к семейству лососевых, распространенными являются щука, окунь, сиг.

Заповедник является практически единственным местом на Кольском полуострове, где еще обитает в некоторых реках и ручьях жемчужница европейская - моллюск, занесенный в Красную книгу России.

4. Оценка и анализ абиотических компонентов

Отличительная особенность геологического строения местности - полное отсутствие морских осадочных пород. Кольский полуостров является восточной оконечностью Балтийского кристаллического щита, сложенного сильно метаморфизованными породами архейского возраста, преимущественно гнейсами. На территории заповедника гнейсы выходят на поверхность в южной части Чунатундры, по всей Нявкатундре и на других возвышенностях, но на равнине и в долинах рек кристаллические породы обычно скрыты под валунно-песчаными отложениями ледниковой эпохи. Высокие хребты тундр Чуны, Мончи и Сальной образованы темноцветными основными интрузивными породами - габбро, амфиболитами, норитами и др. Приближаясь по геологическому возрасту к гнейсам, они лучше их противостоят выветриванию. На вершинах гор они образуют скалистые зубцы - «чурбаки». На склонах коренные породы обычно перекрыты элювием, россыпью угловатых обломков, представляющих собой результат морозного выветривания материнской породы. Габбро содержит до 2-5% магнетита, ввиду чего в горах Чунатундры наблюдаются магнитные аномалии.

В центральной части заповедника находится ряд невысоких тундр с округлыми вершинами, сложенных гнейсами; срединное положение занимает самая большая и высокая из них - Нявкатундра (до 700 м). Сток со всех упомянутых здесь тундр в конце концов попадает в оз. Имандру, а воды Имандры по р. Ниве стекают в Кандалакшский залив Белого моря. К западу от Нявкатундры до Государственной границы и дальше в глубь Финляндии тянется ряд тундриц, образующих водораздел между бассейнами Белого и Баренцева морей.

Речная сеть хорошо развита, причем весь сток со старой территории заповедника попадает в Белое море, а большая часть новой территории относится к бассейну Баренцева моря. Водораздел между двумя бассейнами проходит по равнине высотой около 300 м, частично заболоченной, а большей частью покрытой елово-березовым редколесьем. На водоразделе уровень зеркала нескольких озер находится на высоте около 230 м над ур. моря.

На территории заповедника в условиях сильно пересеченного рельефа много небольших озер, расположенных на разных уровнях и соединенных порожистыми речками. Эти проточные озера зимой служат накопителями относительно теплой воды, благодаря чему вытекающие из них реки не промерзают до дна и не образуют наледей по берегам. Это благоприятно сказывается на жизни рыб и всех связанных с водой млекопитающих - бобра, выдры, ондатры и норки.

В юго-западной части заповедника протекают еще две реки: Мавра течет из Кыммозера сначала на север и, описав дугу, впадает в Пиренгское озеро; Лива вытекает из болот близ оз. Нявка, несет свои воды по ровной широкой долине на юго-запад, выходит за границу заповедника и впадает в Верхнее Чалмозеро, принадлежащее тому же бассейну Пиренги. Наконец, речка Роговая начинается недалеко от Ливы, но течет в отличие от последней на северо-запад, впадая в р. Вуву слева.

Ниже приведены результаты исследования качества воды. Забор воды производился из трех родников:

родник №1 по лесной дороге в 800 метрах севернее станции Ягельный Бор;

родник №2 на берегу озера Круглое, в 150 метрах от устья реки Куреньга;

родник №3 в 700 метрах от железнодорожной станции Лапландия и в 120 метрах по лесной дороге от автомагистрали Санкт-Петербург - Мурманск.

Согласно протокола исследования качества воды из вышеперечисленных родников установлено:

. По своим физическим, химическим и бактериологическим показателям вода во всех трех родниках пригодна для хозяйственно-питьевого водоснабжения и соответствует ГОСТ 2874-82 "Вода питьевая".

. По химическому составу наилучшие показатели имеет вода из родника №1 (ст. Ягельный Бор).

Для оценки качества родниковой воды пользовались таблицей из каталога родников Мурманской области, издания 1997 года, стр. 13 которую и привожу ниже:

Таблица

Таким образом, нигде не были обнаружены соли тяжелых металлов, а концентрация железа и хлоридов соответствует природному фону и даже ниже предельно-допустимой концентрации.

Итак, по химическим показателям лучшая вода в роднике №1, на втором месте родник №2 и на третьем месте родник №3. Протокол исследования качества воды поверхностных источников водоснабжения (родников) прилагается.

Протокол исследования качества воды поверхностных источников водоснабжения Дата взятия пробы 1.11.2001г.

Наиболее распространены в заповеднике кислые подзолистые почвы, развивающиеся на дренированных моренных грунтах, опесчаненных, с той или иной примесью валунов. Поверхность горных тундр обычно представляет продукт выветривания коренных пород (элювий); постепенно между камнями накапливается мелкозем, который преобразуется в тонкий слой примитивных горнотундровых почв. На верховых болотах формируется кислый сфагновый торф, крайне бедный минеральными солями. Низинные болота питаются грунтовыми водами, и торф на них дерновый, более богатый солями.

Данные, представленные в таблицах 1-3 подтверждают представление о кислой природе подзолистых Al-Fe-гумусовых почв ельников кустарничково-зеленомошных. Верхние органогенные горизонты отличаются особенно высоким уровнем кислотности. Ведущим фактором, определяющим кислотность этих горизонтов, является содержание органического вещества.

Таблица 1. Кислотность органогенных горизонтов кустарничково-зеленомошных сосновых лесов

Таблица 2. Кислотность органогенных горизонтов кустарничково-лишайниковых сосновых лесов

Таблица 3. Кислотность органогенных горизонтов кустарничково-зеленомошных еловых лесов

В северо-таежных лесах органогенный горизонт Al-Fe-гумусовых подзолов является основным источником питания растений. Хотя по валовому содержанию в органогенных горизонтах почв алюминий и железо превалируют над другими элементами, по доле подвижных соединений эти элементы стоят в конце рассматриваемого ряда элементов (табл.4). Преобладающими среди доступных соединений элементов в этих горизонтах почв являются соединения кальция.

Таблица 4. Концентрация доступных для растений элементов питания в органогенных горизонтах

Таким образом, параметры ведущих почвенных характеристик (кислотности и концентрации, доступных для растений элементов в корнеобитаемом слое) позволяют заключить, что Al-Fe-гумусовых подзолы характеризуются морфолого-генетическими характеристиками, свойственными этим почвам Кольского полуострова в целом.

Концентрации тяжелых металлов (Ni, Cu) в верхних органогенных горизонтах почв, источником которых могут быть промышленные выбросы мощных медно-никелевых производств региона, соответствуют фоновым значениям. Это означает, что исследованная территория не подвергается этому широко распространяющемуся техногенному воздействию.

5. Оценка и анализ функционального состояния биогеоценоза

Все сообщества растений, животных, микроорганизмов, грибов находятся в теснейшей связи друг с другом, создавая неразрывную систему взаимодействующих организмов и их популяций- биоценоз, который также называют сообществом. Среда и сообщества обмениваются веществами и энергией: из среды живые организмы поглощают вещества и энергию и возвращают их обратно в окружающую среду. Благодаря этим обменным процессам сообщество (биоценоз) и окружающая его среда представляют собой неразрывное единство, одну сложную систему. Такую систему называют экосистемой или биогеоценозом . В последнее время термин «экосистема» употребляется чаще.

Растения - главное звено в экосистеме, они основные компоненты биогеоценоза и связи между ними. Основу подавляющего большинства биогеоценоза составляют зеленые растения, которые, как известно, являются производителем органического вещества (продуцентами). А так как в биогеоценозе обязательно присутствуют растительноядные и плотоядные животные - потребители живого органического вещества (консументы) и, наконец, разрушители органических остатков - преимущественно микроорганизмы, которые доводят распад органических веществ до простых минеральных соединений (редуценты), то не трудно догадаться, почему растения являются главным звеном в экосистеме. А потому, что в биогеоценозе все потребляют органические вещества, или соединения, образующиеся после распада органических веществ и ясно, что если растения - главный источник органического вещества исчезнут, то жизнь в биогеоценозе практически исчезнет.

Для осуществления любых жизненных процессов необходима энергия. Единственным источником энергии для зеленых растений является Солнце. Солнечная энергия, падающая на фотосинтезирующие органы растений, аккумулируется во вновь образующихся органических соединениях. Эта энергия используется продуцентами по-разному. Часть ее тратится на дыхание, т. е. на биологическое окисление, часть запасается в виде вновь возникшей биомассы. Биомасса - это масса организмов определенной группы или сообщества в целом.

Некоторую долю созданной продуцентами биомассы съедают травоядные животные. Хищники потребляют травоядных животных и получают долю энергии. Большая часть энергии, полученная консументами с пищей, тратится на процессы, происходящие в клетках, а также выводится с продуктами жизнедеятельности в окружающую среду. Меньшая часть энергии идет на увеличение массы тела, рост и размножение. Часть биомассы продуцентов, не съеденная животными, отмирает, и с отмершей биомассой аккумулированная в ней энергия поступает в почву в виде растительного опада.

Растительный и животный опад (трупы + экскременты)- пища редуцентов. Определенное количество энергии запасается в биомассе редуцентов, а часть рассеивается. Редуценты отмирают, и их клетки также разлагаются. Из продуктов разложения строятся органические вещества почвы. В этих соединениях запасается энергия, которая частично тратится затем на процессы разрушения минеральных соединений.

Таким образом, энергия аккумулируется на уровне продуцентов, проходит через консументы и редуценты, входит в состав органических веществ почвы и рассеивается при разрушении ее разнообразных соединений.

Перенос энергии от ее источника (растений) через ряд организмов называют пищевой цепью. Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в тайге многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих. Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: волк, лисица, горностай, куница.

Все живые организмы связаны между собой энергетическими отношениями, поскольку являются объектами питания других организмов. Травоядные животные (потребители первого порядка) поедают растения, первичные хищники (потребители второго порядка) поедают травоядных, вторичные хищники (потребители третьего порядка) поедают хищников помельче. Таким образом, создаются пищевые цепи из продуцентов и консументов, которые на разных этапах, смыкаются с сообществом редуцентов.

Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных внутренних паразитов, преимущественно насекомых, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий. Пищевые цепи в заповеднике переплетены в очень сложную пищевую цепь, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, филина- слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а, следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли лемминги или полевки то последствия были бы очень серьезными, так как они служат основной пищей для многих видов животных и основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей. Правилом экологической пирамиды называется следующая закономерность: всегда количество растительного вещества, служащего основой цепи питания, в несколько раз больше, чем общая масса растительноядных животных, а масса каждого из последующих звеньев пищевой цепи также уменьшается.

Поддержание определенной численности популяций основано на взаимодействии организмов в звеньях хищник - жертва, паразит - хозяин на всех уровнях пищевых цепей. Если по каким-либо причинам один из членов пищевых цепей исчезает, то виды, питавшиеся в основном исчезнувшим видом, начинают в большем количестве поедать ту пищу, которая раньше была для них второстепенной. Вследствие подобной замены пищи численность видов-потребителей сохраняется.

Массовое размножение вида в биогеоценозе регулируется прямыми и обратными связями, существующими в пищевых цепях. Нередко благодаря хорошим погодным условиям создается высокий урожай растений, которыми питается определенная популяция травоядных животных. В связи с хорошим питанием численность популяции возрастает. Травоядные сами могут быть пищей для хищников. Чем многочисленнее жертвы, тем более обеспечен едой хищник и тем интенсивнее он размножается. Следовательно, чем больше в нынешнем году жертв, тем больше на следующий год будет хищников. Возрастание количества хищников приводит к снижению численности жертв. Снижение численности жертв ведет к тому, что размножение хищника замедляется и количество хищника и жертвы возвращается к нормальному - исходному соотношению.

Колебания количества растительной пищи, травоядных животных и хищников, питающихся этими животными, сопряжены друг с другом. Классический пример - циклы изменения численности леммингов в тундре. Раз в несколько лет на огромной территории тундры их численность резко возрастает, вслед за тем, часто за один сезон, столь же резко падает. В соответствии с этим численность песцов, лис и сов, питающихся леммингами, либо увеличивается, либо уменьшается.

Колебания численности леммингов связаны с их кормовой базой. В годы повышения численности леммингов они сильно объедают растительность. На следующий год из-за значительного повреждения растительного покрова пищи становится меньше и питательная ценность ее уменьшается. В связи с этим рост и выживание молодых леммингов снижается. Год становится малокормным для хищников, и они почти не размножаются.

В течение последующих лет растительные остатки, богатые питательными веществами, минерализуются; питательные элементы поглощаются растениями; количество пищи леммингов и ее питательная ценность возрастают; численность леммингов вновь стремительно идет вверх; хищники, хорошо кормясь, начинают быстро размножаться. Таким образом, в биогеоценозе популяции организмов взаимно ограничивают свою численность, благодаря чему данная экосистема существует длительное время. Каково значение саморегуляции численности, мы понимаем особенно хорошо, сталкиваясь с явлениями, когда саморегуляция нарушается. Это обычно происходит в тех случаях, когда человек нарушает сложившуюся структуру сообществ.

6. Оценка и анализ межбиогеоцинозных связей

Большая часть изменений природного комплекса заповедника - прямое или косвенное следствие хозяйственной деятельности человека. О нескольких примерах такого рода мы уже упоминали: непреднамеренная интродукция в заповеднике множества луговых и сорных растений; вселение лося на Кольский полуостров, после того как человек создал необходимую ему зимнюю кормовую базу; снижение численности выдры в результате перепромысла, сокращения рыбных ресурсов в реках и акклиматизации американской норки; вселение новых видов - ондатры и бобра; резкое увеличение численности чаек и переход их на питание отбросами; озеленение и освещение городов, из-за чего часть свиристелей летит зимовать не на юг, а, наоборот, на север.

За последние 30 лет сильно сократилось поголовье перелетных певчих птиц, причем рогатые жаворонки почти вымерли, вероятно, вследствие массовой гибели их на пролетных путях и зимовках от загрязнения среды сельскохозяйственными ядами. Резко сократилась численность озерной форели в результате систематического вылова ее молоди в речной период ее жизни и загрязнения рек сплавом леса.

Губительно действует на заповедник загрязнение атмосферы сернистым газом из заводских труб комбината «Североникель» в Мончегорске. Хвойные деревья полностью погибли в направлении дымового шлейфа на 10-15 км, а за пределами этой «мертвой» зоны постепенно усыхают и погибают. Усыхание сосен в районе Чунозерской усадьбы отмечается с 1960 г. По всей восточной окраине заповедника лес поредел, стал прозрачным от потери хвои, а эпифитные древесные лишайники полностью исчезли. «Эти «бородатые» лишайники - важный корм для северного оленя, рыжей и красной полевок. Олени давно оставили пораженный район, численность рыжей полевки сократилась в 10 раз, а красная полевка практически вымерла. К западу от Чунатундры, где древесные лишайники пострадали меньше, численность этих полевок существенно не изменилась. Напочвенный живой покров в лесу и тундре, включая лишайники, в пораженном районе мало пострадал: объясняется это тем, что летом дым из труб уходит вверх и концентрация двуокиси серы в приземном слое воздуха ощутимо снижается; зимой постоянный слой температурной инверсии прижимает дым к земле, концентрированный ядовитый газ обвевает кроны деревьев, а наземная растительность в это время находится под защитой снежного покрова.

Разрушение экосистем восточной части заповедника в такой же мере, как и уход оставшихся стад диких оленей с его территории, вызвало необходимость принятия экстренных мер для спасения заповедника как природного эталона и базы исследовательских работ. Значительное расширение территории заповедника в северо-западном направлении частично разрешило эту проблему.

В 1951 -1957 гг. Лапландский заповедник не существовал, и на его территории началась заготовка леса. Вырубленные леса занимали площадь, не превышающую 5% всей заповедной территории, но это были лучшие сосновые леса, и потеря их снизила значение заповедника как эталона дикой природы.

Однако, несмотря на понесенный в это время ущерб, он по-прежнему представляет типичный и достаточно репрезентативный участок дикой природы Русской Лапландии.

7. Механизмы круговорота веществ

Круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни. Он возник в процессе становления жизни и усложнялся в ходе эволюции живой природы. С другой стороны, чтобы в биогеоценозе был возможен круговорот веществ, необходимо наличие в экосистеме организмов, создающих органические вещества из неорганических и преобразующие энергию излучения солнца, а также организмов, которые используют эти органические вещества и снова превращают их в неорганические соединения. Все организмы по способу питания разделяются на две группы - автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (преимущественно растения) для синтеза органических веществ используют неорганические соединения окружающей среды. Гетеротрофы (животные, человек, грибы, бактерии) питаются готовыми органическими веществами, которые синтезировали автотрофы. Следовательно, гетеротрофы зависят от автотрофов. В любом биогеоценозе очень скоро иссякли бы все запасы неорганических соединений, если бы они не возобновлялись в процессе жизнедеятельности организмов. В результате дыхания, разложения трупов животных и растительных остатков органические вещества превращаются в неорганические соединения, которые возвращаются снова в природную среду и могут опять использоваться автотрофами. Таким образом, в биогеоценозе в результате жизнедеятельности организмов непрерывно осуществляется поток атомов из неживой природы в живую и обратно, замыкаясь в круговорот. Для круговорота веществ необходим приток энергии извне. Источником энергии является Солнце. Движение вещества, вызванное деятельностью организмов, происходит циклически, оно может быть использовано многократно, в то время как поток энергии в этом процессе имеет однонаправленный характер. Энергия излучения Солнца в биогеоценозе преобразуется в различные формы: В энергию химических связей, в механическую и, наконец, во внутреннюю. Из всего сказанного ясно, что круговорот веществ в биогеоценозе - необходимое условие существования жизни и растения (автотрофы) в нем самое главное звено.

Круговорот воды. Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течениями переносятся на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород и делает составляющие их минералы доступными для растений, микроорганизмов и животных. Она размывает верхний почвенный слой и уходит вместе с растворёнными в ней химическими соединениями и взвешенными органическими и неорганическими частицами в моря и океаны. Циркуляция воды между океаном и сушей - важнейшее звено в поддержании жизни на Земле.

Растения участвуют в круговороте воды двояким способом: извлекают её из почвы и испаряют в атмосферу; часть воды в клетках растений расщепляется в процессе фотосинтеза. При этом водород фиксируется в виде органических соединений, а кислород поступает в атмосферу. Животные потребляют воду для поддержания осмотического и солевого равновесия в организме и выделяют её во внешнюю среду вместе с продуктами обмена веществ. Круговорот азота. Азот входит в состав земной атмосферы в несвязанном виде в форме двухатомных молекул. Приблизительно 78% всего объема атмосферы приходится на долю азота. Кроме того, азот входит в состав растений и животных организмов в форме белков. Растения синтезируют белки, используя нитраты из почвы. Нитраты образуются там из атмосферного азота и аммонийных соединений, имеющихся в почве. Процесс превращения атмосферного азота в форму, усвояемую растениями и животными, называется связыванием (или фиксацией) азота. При гниении органических веществ значительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве нитрифицирующих бактерий окисляется затем азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СОС + Н0Н

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих денитрифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот). Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота. К таким процессам относятся, прежде всего, происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты. Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот. В последнее время наблюдается повышения содержания нитратов в питьевой воде, главным образом за счет усилившегося использования искусственных азотных удобрений в сельском хозяйстве. Хотя сами нитраты не так уж опасны для взрослых людей, в организме человека они могут превращаться в нитриты. Кроме того, нитраты и нитриты используются для обработки и консервирования многих пищевых продуктов, в том числе ветчины, бекона, солонины, а также некоторых сортов сыра и рыбы. Отдельные ученые полагают, что в организме человека нитраты могут превращаться в нитрозамины:

Известно, что нитрозамины способны вызывать онкологические заболевания у животных. Большинство из нас уже подвержено воздействию нитрозаминов, которые в небольшом количестве находятся в загрязненном воздухе, сигаретном дыму и некоторых пестицидах. Полагают, что нитрозамины могут быть причиной 70-90% случаев онкологических заболеваний, возникновение которых приписывают действию факторов окружающей среды.

Круговорот углекислого газа. Баланс углекислого газа между атмосферой, океаном, почвой и живыми организмами поддерживается миллионами видов живых организмов. Если он нарушится, то содержание углекислоты в атмосфере резко возрастет, усилится так называемый парниковый эффект, и атмосфера Земли начнет разогреваться. Экосистемы Земли - это фабрики, которые поддерживают этот баланс. (Схема заимствована у Н.Ф.Реймерса)

Вся земная жизнь основана на углероде. Каждая молекула живого организма построена на основе углеродного скелета. Атомы углерода постоянно мигрируют из одной части биосферы (узкой оболочки Земли, где существует жизнь) в другую. На примере круговорота углерода в природе можно проследить в динамике картину жизни на нашей планете. Основные запасы углерода на Земле находятся в виде содержащегося в атмосфере и растворенного в Мировом океане диоксида углерода, то есть углекислого газа (CO2). Рассмотрим сначала молекулы углекислого газа, находящиеся в атмосфере. Растения поглощают эти молекулы, затем в процессе фотосинтеза атом углерода превращается в разнообразные органические соединения и таким образом включается в структуру растений. Далее возможно несколько вариантов:

Ø  растения могут быть съедены травоядными животными. В этом случае углерод либо вернется в атмосферу (в процессе дыхания животных и при их разложении после смерти), либо травоядные животные будут съедены плотоядными (и тогда углерод опять же вернется в атмосферу теми же путями);

Ø  растения могут погибнуть и оказаться под землей. Тогда в конечном итоге они превратятся в ископаемое топливо - например, в уголь.

В случае же растворения исходной молекулы CO2 в морской воде также возможно несколько вариантов:

Ø  углекислый газ может просто вернуться в атмосферу (этот вид взаимного газообмена между Мировым океаном и атмосферой происходит постоянно);

Ø  углерод может войти в ткани морских растений или животных. Тогда он будет постепенно накапливаться в виде отложений на дне Мирового океана и в конце концов превратится в известняк или из отложений вновь перейдет в морскую воду.

Если углерод вошел в состав осадочных отложений или ископаемого топлива, он изымается из атмосферы. На протяжении существования Земли изъятый таким образом углерод замещался углекислым газом, попадавшим в атмосферу при вулканических извержениях и других геотермальных процессах. В современных условиях к этим природным факторам добавляются также выбросы при сжигании человеком ископаемого топлива. В связи с влиянием CO2 на парниковый эффект исследование круговорота углерода стало важной задачей для ученых, занимающихся изучением атмосферы.

Составной частью этих поисков является установление количества CO2, находящегося в тканях растений (например, в только что посаженном лесу) - ученые называют это стоком углерода. Поскольку правительства разных стран пытаются достичь международного соглашения по ограничению выбросов CO2, вопрос сбалансированного соотношения стоков и выбросов углерода в отдельных государствах стал главным яблоком раздора для промышленных стран. Однако ученые сомневаются, что накопление углекислого газа в атмосфере можно остановить одними лесопосадками.

Круговорот серы. Круговорот серы также тесно связан с живым веществом. Сера в виде SO₂, SO₃, H₂S и элементарной серы выбрасывается вулканами в атмосферу. С другой стороны, в природе в большом количестве известны различные сульфиды металлов: железа, свинца, цинка и др. Сульфидная сера окисляется в биосфере при участи многочисленных микроорганизмов до сульфатной серы SO₄ почв и водоемов. Сульфаты поглощаются растениями. В организмах сера входит в состав аминокислот и белков, а у растений, кроме того, - в состав эфирных масел и т.д. Процессы разрушения остатков организмов в почвах и в илах морей сопровождаются очень сложными превращениями серы. При разрушении белков при участии микроорганизмов образуется сероводород. Далее сероводород окисляется либо до элементарной серы, либо до сульфатов. В этом процессе участвуют разнообразные микроорганизмы, создающие многочисленные промежуточные соединения серы. Известны месторождения серы биогенного происхождения. Сероводород может вновь образовать «вторичные» сульфиды, а сульфатная сера создает гипс. В свою очередь сульфиды и гипс вновь подвергаются разрушению, и сера возобновляет свою миграцию.

Круговорот фосфора. Источником фосфора биосферы является главным образом апатит, встречающийся во всех магматических породах. В превращениях фосфора большую роль играет живое вещество. Организмы извлекают фосфор из почв, водных растворов. Усвоение фосфора растениями во многом зависит от кислотности почвы. Фосфор входит в многочисленные соединения в организмах: белки, нуклеиновые кислоты, костная ткань, лецитины, фитин и другие соединения; особенно много фосфора входит в состав костей. Фосфор жизненно необходим животным в процессах обмена веществ для накопления энергии. С гибелью организмов фосфор возвращается в почву и в илы морей. Он концентрируется в виде морских фосфатных конкреций, отложений костей рыб, что создает условия для создания богатых фосфором пород, которые в свою очередь являются источником фосфора в биогенном цикле. Содержание фосфора в земной коре составляет 10-20 % (по весу). В свободном состоянии фосфор в природе не встречается вследствие его легкой окисляемости. В земной коре он находится в виде минералов (фторапатит, хлорапатит, вивианит и др.), которые входят в состав природных фосфатов - апатитов и фосфоритов. Фосфор имеет исключительное значение для жизни животных и растений. Так как растения уносят из почвы значительное количество фосфора, а естественное пополнение фосфорными соединениями почвы крайне незначительно, то внесение в почву фосфорных удобрений является одним из важнейших мероприятий по повышению урожайности. Ежегодно в мире добывают приблизительно 125 млн. т. фосфатной руды. Большая ее часть расходуется на производство фосфатных удобрений.

8. Модель структуры биогеоценоза по В.Н.Сукачеву

Понятие “экосистема” введено английским ботаником А. Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду.

По современным представлениям, экосистема как основная структурная единица биосферы - это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмов и окружающей неживой среды. В этом определении подчеркнуто наличие взаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей между биологическим сообществом и абиотической средой, объединение их в функциональное целое. Биологи считают, что экосистема - совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой.

В.Н. Сукачевым (1972) в качестве структурной единицы биосферы предложен биогеоценоз. Биогеоценозы - природные образования с четкими границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Для водных организмов - это вода, для организмов суши - почва и атмосфера. Понятия “биогеоценоз” и “экосистема” до некоторой степени однозначны, но они не всегда совпадают по объему. Экосистема - широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, биофильтр, космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой. Масштабы экосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытый мхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.). Следовательно, существует своеобразная иерархия макро-, мезо- и микросистем разных порядков. Биосфера - экосистема высшего ранга, включающая, как уже было отмечено, тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы в пределах “поля” существования жизни. Она имеет громаднейшее разнообразие сообществ, в структуре которых обнаруживаются сложные сочетания растений, животных и микроорганизмов с разными способами жизни. В этой мозаике прежде всего выделяются экосистемы наземные и водные. Согласно сформулированному В.В. Докучаевым (1896) закону географической зональности на земной поверхности закономерно распространены различные природные сообщества, которые в комплексе и образуют единую экосистему нашей планеты.

Схема взаимодействий компонентов биогеоценоза («Звезда Сукачева»)

Биогеоценоз состоит их биоценоза и экотопа.

Фитоценоз - это элементарный участок растительности, для которого характерно: относительная однородность по внешнему облику, видовому составу, строению и структуре, относительно одинаковой системой взаимоотношений между популяциями видов растений и средой обитания, и который может существовать самостоятельно вне данного окружения.

Фитоценоз - это частный, конкретный, уникальный случай растительного сообщества, его элементарная форма, далее не делимая без потери своих свойств. По сути, фитоценоз - совокупность популяций видов растений, которые связаны с условиями среды и между собой в границах более или менее однородного по экологическим режимам участка территории или акватории.

Фитоценоз является частью биогеоценоза, его основным энергетическим блоком, аккумулирующим солнечную энергию. Экотоп - определенный режим экологических факторов (воздушный, водный, температурный, минерального питания, температурно-радиационный и др.) на участке земной поверхности. Состоит из климатопа и эдафотопа и/или гидротопа. Биоценоз - сообщество организмов в пределах биотопа. Термин «Биоценоз» впервые был предложен в 1887г. немецким биолгом К. Мебиусом. Биоценоз состоит из: фитоценоза, зооценоза и микробоценоза.

Биотоп - участок земной поверхности (суши или водоема) с однородными абиотическими условиями среды, т.е. экотоп, преобразованный живыми организмами (биоценозом). Границы биогеоценоза определяются по горизонтали границами входящего в него фитоценоза, а по вертикали - высотой надземных органов растений и глубиной проникновения их подземных органов, а также микроорганизмов.

Схема биогеоценоза (по В. Н. Сукачеву, 1972)

9. Экологический прогноз анализируемого биогеоценоза и предложения по его оздоровлении

Приближается семьдесят пять лет со дня образования Лапландского заповедника как охраняемой природной территории, дата юбилейная для Кольского полуострова и для России. Не перестаешь удивляться, как в двадцатые годы прошлого столетия, в период освоения природных богатств Кольского полуострова, группе энтузиастов удалось создать большой заповедник в самом центре полуострова. Благодаря этому сохранилось почти три тысячи квадратных километров дикой природы в своей первозданности. Близкое соседство с промышленными предприятиями, в первую очередь комбинатом «Североникель», развивающимися городами еще несколько лет назад несло опасность для заповедника. В современных условиях такое сочетание дает возможность найти пути решения сложнейшей задачи - устойчивого развития, баланса в потреблении и сохранении природных ресурсов.

Сейчас вопросы сохранения и восстановления окружающей природной среды становятся неотъемлемой составляющей деятельности предприятий. В 2003 г. ОАО «Кольская ГМК» приняло принципиально новый для российской горно-металлургической компании документ «Политика ОАО «Кольская ГМК» в области экологической безопасности». В соответствии с этим документом Компания берет на себя целый ряд обязательств, в том числе такие трудные, как сокращение количества и снижение токсичности выбросов, сбросов загрязняющих веществ и отходов при увеличении производства за счет внедрения новых, прогрессивных технологий, оборудования; восстановление ранее разрушенных природных территорий. За последние несколько лет промышленные выбросы на предприятиях Компании сократились в 5-6 раз по сравнению с началом 90-х годов. В 2003 году начались работы по восстановлению древесных насаждений, в районе комбината «Североникель» высажено 8 тысяч саженцев лиственных пород деревьев. Два больших совместных проекта сегодня осуществляются Кольской ГМК и Лапландским заповедником в этом направлении: экологический мониторинг природной территории в районе деятельности комбината «Североникель» и подготовка рекомендаций по восстановлению ранее нарушенных земель. Новое время, новые интересы, новые идеи найдут реализацию в новых совместных проектах, которые позволят использовать ресурсы заповедной территории и сохранить ее в заповедном состоянии.

Заключение

Сегодняшняя экологическая обстановка на нашей планете оставляет желать лучшего, поэтому прежде всего стоит обратить внимание на взаимоотношения человечества и биосферы. Загрязнение биосферы - первопричина болезней и преждевременных смертей. Основная задача нашего времени - не допустить необратимых изменений, связанных с загрязнением окружающей среды. Общество постоянно развивается, но вместе с прогрессом растёт количественный и качественный характер загрязнения биосферы. Человечество в целом, а не отдельные страны должны позаботиться о создании системы охраны окружающей среды иначе просто придется жить в скафандре.

Развитие человеческого общества ускоряется с каждым десятилетием. Интенсивно растёт численность населения планеты. Индустриализация сопровождается колоссальным потреблением природных ресурсов и глубокими изменениями природной среды. Распашка больших территорий суши, использование под пастбища, вырубка лесов, сооружение плотин и каналов, оросительных систем, обширные горно-геологические разработки, эрозия почв, применение удобрений, пестицидов, мелиорации, загрязнение почв, водоёмов и атмосферы индустриальными отходами и многие другие виды деятельности человека вносят в природу большие изменения, которые нарушают сложившиеся системы и отношения в биосфере Земли. Часто эти изменения имеют негативный и, что особенно опасно для будущего человечества, необратимый характер.

Подобные нарушения в биосфере Земли, её контаминация, перерасход её ресурсов губительны для всего живого, в том числе и для самого человечества.

Наступило время, когда государства, используя рекомендации современной науки, должны разрабатывать и планомерно осуществлять мероприятия по охране биосферы Земли и рациональному использованию и расширению воспроизводства её ресурсов. Рекомендация по охране и использованию ресурсов биосферы должны основываться на знании структуры, состава и механизмов поддержания устойчивого состояния биосферы.

В настоящее время человечество находится на таком критическом этапе взаимоотношений с природой, когда его дальнейший прогресс настоятельно требует от всех стран внедрения системы охраны природы, то есть научно-планового регулирования использования природных ресурсов в целях получения максимально возможной и устойчивой их продуктивности в настоящем и в будущем при сохранении наиболее благоприятной для человека естественной среды на благо всего общества.

Литература

1.      О.И.Семенов-Тянь-Шанский «Лапландский заповедник»

.        Б.И.Кошечкин «Жемчужина в ладонях Лапландии» Лен. 1985.

.        «Лапландский заповедник» ежегодник Лапландского государственного биосферного заповедника. №5 2003 г.

.        Каталог родников Мурманской области. - Мурманск, 1997.

.        Крикунов Е.А. Экология. Методическое пособие. - М., ДРОФА, 2001.

.        «Экология и охрана природы Кольского севера» под редакцией: Г.В. Калабина, Г.А. Евдокимова.

.        Г. Рудзидис, Ф.Фельдман Химия 7-11.

.        Митчелл Пол. 101 ключевая идея: Экология.(пер.с англ. О.Перфильева.)

.        О. В. Чистик. Экология: Учебное пособие

.        Одум Ю. Экология в двух томах. 1986г.

.        Урсул А.Д. Экологические системы.

.        Международная организация “Зелёный крест” и издательское объединение” Международный дом сотрудничества”. Журнал “Экология и жизнь”. (весна-лето 1997г.)

.        Ю.Одум - Основы зкологии

14.    Теоретическая экология, М.,1987г.

15.    Н.М. Чернова, А.М. Быков “Экология”

.        В.Ф. Протасова “Экология, здоровье и природопользование в Росcии”

.        Б. Небел “Наука об окружающей среде”

.        Н.М.Чернова, А.М.Былова "Экология".