Проф. Байко Димитров Байков, д н. Основи на екологията ІІ допълнено и преработено издание София Съдържание

Агробиоценозите съществуват при характерните за биотопа параметри на аби­отичните екологични фактори. Антропогенните въздействия върху тях са насоче­ни към максимално и рентабилно реализиране на генетичния потенциая на от­глежданите култури. Антропогенната дейност е насочена към оптимизиране на едафичните фактори, влажностния режим и др. В някои случаи антропогенните въздействия включват и оптимизиране на температурно-влажностния режим, га­зовия състав, електричните свойства на въздуха, т.е. на целия комплекс от аби­отични екологични фактори.

Агробиоценозите се различават от естествените екосистеми по ограничения брой видове, формиращи биоценозите им, което води до значително по-ниска устойчивост и по-слабо изразени възможности за саморегулиране. Тяхното същес­твуване е възможно при определящо значение на антропогенните фактори. Ант­ропогенната дейност е с различна интензивност. Например при култивиране на зеленчуци в оранжерии антропогенното въздействие е непрекъснато, докато при създаване на горски полезащитни пояси то е по-ограничено. Във всички случаи тяхното функцониране е свързано с внос на енергия отвън. В много случаи за тяхното съществуване е необходимо и внасяне на химични елементи.

Биологичната продуктивност на агробиоценозите е по-висока в сравнение с тази на природните екосистеми. Тя се определя до голяма степен от антропоген­ните въздействия, зависи и от конкретните природогеографски условия.

Агробиоценозите заемат около 10% от сушата и осигуряват 90% от съдържащата се в храната на човечеството енергия. Екологичната им устойчивост е ограничена и се определя от редица специфични условия. При липса на антропо­генни въздействия агробиоценозите за производство на зърнени и зеленчукови култури могат да съществуват не повече от една година: тези, в които се отглеждат някои трайни насаждения - 3 - 4 години, а овощните градини - 20 - 30 години, след което престават да съществуват. Горските култури, оставени без антропогенни въздействия, постепенно „подивяват" и се превръщат в естествени горски екосистеми.
Антропозооценози.
В тази група се включват антропогенни екосистеми с различна степен на антропогенна трансформация. Общото в тези биологични макросистеми е форми­рането на биоценоза от малък брой видови популации, като стремежът е биоценозата да се отъждестви със стопански полезната популация. Условно се диференцират три категории антропозооценози: ферми тип „Ранчо", ферми за екстензивно отглеждане на селскостопански животни и екотехнически системи за производство на мляко, месо или яйца. Фермите тип „Ранчо" са с относително ниска степен на антропогенна трансформация както на екотопа, така и в биоценозата.

Екотопът се трансформира, като в него на относително малка площ се изграждат леки постройки за подслоняване на животните и цялата територия се изгражда, за да се постигне пространтсвена изолация. Биоценозата се променя като се интродуцира стопански полезна популация - най-често преживни животни - говеда или овце за месо.

Екотопът е основен източник на хранителни ресурси, в него са разположени и водоизточниците за поене на животните. Антропогенната дейност, освен промените в екотопа, се заключава в интродуциране на стопански полезната популация, осигуряване на допълнителни хранителни ресурси, регулиране на биотичните взаимоотношения /оптимизиране на плътността на стопански полезната популация, профилактика на някои заразни и паразитни заболявания и т.н./, изземване на част от вторичната биологична продукция след приключване на производствения цикъл.

Антропогенната трансформация както на жизнената среда /частично/, така и на биоценозата /стремежът при която е отъждествяване на стопански полезната популация с биоценозата/, е формиране на антропогенни екосистеми за екстензивно отглеждне на полезни за човека видове /свиня, говедо, овца, и др./. В този тип антропогенна екосистема основното е съчетаване на възможностите за използване на природните ресурси /пасища и т.н/ с постиженията на новите технологии, реализирани при минимални разходи - навеси за животните и т.н.

В екотехническите системи, които се включват в една категория с промиш­лените предприятия и градовете съществува антропогенно трансформирана жиз­нена среда /оптимизиране на абиотичните фактори и режгулиране на биотичните взаимоотнешения/ и интродукция на стопански полезна популация, като стремежът е тя да остане единствена популация на биоценозата. Определящо е значението на антропогенните фактори както за формиране, така и за функциониране на екотехническата система за производство на мляко, месо или яйца.

10.БИОСФЕРА
Понятието биосфера (от гръцката дума биос = живот и сфера = кълбо) за първи път е използувано от Зюс през ХГХ в., но учението за биосферата, като едно от най-важните научни постижения през нашето столетие е дело на Вернадски, който пише: „В науката и досега не съществува яснота, че процесите в живата и в неживата природа, преценени в геологичен, т.е. планетарен аспект, представля­ват единен процес." Определението му в „Размишления на натуралиста" е, че „земната обвивка, биосферата, която обхваща цялото земно кълбо, има граници, които в значителна степен се формират от съществуващото в нея живо вещество. Между нейната безжизнена част, нейните неживи природни тела и живите вещес­тва, които я населяват, съществува непрекъснат материален и енергиен обмен, материално изразяващ се в движение на атомите, предизвикано от живото вещес­тво."

Този обмен исторически се изразява със закономерно променящо се, непрекъснато стремящо се към устойчивост равновесие. То прониква в цялата биосфера и този биогенен поток на атомите в значителна степен я формира. Така биосферата неразривно е свързана със съществуването на живото вещество в нея. В този биогенен поток на атомите и свързаната с тях енергия се проявява отчетливо планетарното, космическото значение на живото вещество."

- хабитат, в който всеки организъм осъществява жизнения си цикъл;

- стабилен хабитат, в който се осъществява еволюцията на видовете;

- възможност за формиране на саморегулираща се, самовъзпроизвеждаща се система, т. е. биокибернетична система, в която енергията на слънцето и еволюционно формирания кръговрат на материята осигуряват потенциалното безсмъртие на системата.

Биосферата включва долния слой от атмосферата (тропосферата), хидросферата и повърхностния слой на литосферата, които представляват средата, в която се развива живата материя или се разпространява въздействието на нейната жизнена дейност. Вернадски доказва, че посочените три нееднородни обвивки на Земята са свързани в единна структура (система) от живото вещество, което неп­рекъснато въздейства върху неживата природа, като преобразува и формира облика на планетата.
Нееднородността на биосферата включва:
1. Агрегатна нееднородност, тъй като съдържа вещества в трите агрегатни състояния, които непрекъснато си взаимодействат.

2. Енергийна нееднородност, която се определя от неравномерното разпреде­ление на слънчевата енергия, както и от нееднаквото съотношение между енергия и материя.

3. Пространствена и зонална нееднородност, която се определя от неравномерността на разпределение на веществата в биосферата и неравномерното заселване на различните географски ширини и зони с живи организми.

4. Геохимична нееднородност, която се определя от неравномерното разпределение на атомите на различните химични елементи в земната кора.

Тези характеристики на нееднородност са тясно свързани помежду си и обе­диняват всички основни форми на движение на материята: физична, химична, биологична и социална. Това взаимодействие придава на биосферата компактност и устойчивост, резултат от еволюцията на тази система, и възникнали в процеса на усложняване и нарастване на организираността на живота.

Биосферата представлява система на интеграция от висш порядък, чиито съставни части са свързани помежду си с многобройни обратни връзки. Нееднородността й способства за нейното по-нататъшно усложняване и повишаване на интеграцията между отделните части. Поради това взаимозависимостта между отделните съставки се достига благо­дарение на съществуването на обменни процеси, свързващи всички части в едно цяло.

Строежът на биосферата се харак­теризира със структурна разнород-ност. Според Вернадски тя се състои от 7 различни компоненти:

1) живо вещество;

2) биогенно вещество;

3) минерални вещества;

4) преходни форми между био­генно вещество и минерални вещества;

5) радиоактивни вещества;

6) разсеяни атоми;

7) вещества от космически про­изход.

В основата на биосферата като об-щопланетарно явление е нейната ор­ганизираност, която е следствие от усъвършенстването на организация­та на живото вещество и се определя от веществено-енергетичните и ин­формационните потоци по време на неговата еволюция.

Като цяло биосферата образува единната екологична система на на­шата планета. Топографски може да се определи като цялото пространст­во, в което се намира живото вещес­тво на планетата и продуктите от жизнената му дейност. Тя обхваща горната част на земната кора (литосфера) и достига на дълбочина до 5 - 6 кт (според Вернадски до изотерма 100°С), цялата хидросфера (на дълбочина до 11 кт), както и долните слоеве на атмосферата (тропосферата) на височина до 6 кт. Теоретично се приема, че живи организми могат да съществуват до височината на озоновия екран.

1 - ултравиолетови лъчи;

2- граница на вечните ледове;

3 - почва и едафон;

4 - пещерни животни;

5 - нефтени бактерии

Фиг.10.1 Структура на биосферата

Строежът на биосферата се разглежда и като йерархично единство, което включва следните равнища на организация на живото вещество: индивид, попу­лация, биоценоза, екосистема. Всяко от тези равнища е с относителна независимост, която е възможност за еволюция на биологичните макросистеми в широкия смисъл на понятието, като еволюционираща единица е популацията

Според съвременните схващания биосферата представлява сложна система, състояща се от много съставни части, които по същество включват цялата жива и нежива (средата на обитаване) природа. Независимо от това, че включва хетерогенни компоненти - атмосферата, литосферата и хидросферата, тя представлява биологична макросистема, тъй като отделните елементи са свързани с биогеохи-мични цикли на пренос на химичните елементи и с преобразуване на енергията, което няма цикличен характер. т. е. системата представлява съвкупност на вза-имносвързани елементи, които образуват единно цяло. Връзките на взаимодействие между еднаквите елементи в системата и с външната среда се характеризират с по-голяма стабилност в системата в сравнение с тези, осъществявани от други биологични системи от по-нисш ранг.

Биосферата е отворена в термодинамично отношение система, което означава,че за нейното формиране на нейната структура и за функционирането й е необходима енергия. Това е енергията на Слънцето, която задоволява 99,99% от енергийните потребности на планета.Освен слънчевата радиация определящо значение има кръговратът на химичните елементи в биогеохимичните цикли, който е невъзможен без внасяне на енергия в макросистемата. Вернадски посочва, че атмосферата и неорганичните вещества, изобщо мъртвата природа, е практически лишена от своя свободна енергия и затова остава непроменена без приток на енергия отвън. Източник на свободна енергия са живите организми и натрупваната от тях органична материя (биомаса), в която енергията на слънцето е акумулирана като енергия на химичните връзки на сложните органични съединения. Следователно динамичният фактор в биосферата, двигателят на нейното развитие е биосът - животът. Почвата, разглеждана като органоминерален продукт от въздействието на биоса върху минералния субстрат, представлява биокостно образувание.

Според Вернадски биомасата на всички организми, живеещи на Земята, достига 10¹⁵ т ,което представлява само 0,25 % от масата на цялата биосфера. Реймерс (1993) посочва, че биомасата на сушата е 6,5.10¹⁵ т, а на световния океан - 29,9.10¹² т (в сухо вещество съответно 2,6.10¹⁵ и 7,05.10¹² т).

Представа за съотношението между живото вещество и неорганичните ком­поненти на биосферата дават данните на Доброволски (1998):

маса на атмосферата - 5.10¹⁵ т

обем на световния океан - 1370.10¹⁵ т³;

маса на литосферата:

утаечни скали -

„гранитен" слой на земната кора - 8200.10¹⁵ т;

живо вещество:

живи наземни организми - 6,25.10¹² т живи хидробионти - 30.10⁹ т мъртво органично вещество: а/ в наземните екосистеми

растителна мъртва биомаса и торф (в сухо вещество) - 0,4.10¹² т хумус в почвата (в сухо вещество) 2,4.10¹² т б/ в световния океан

дисперсно органично вещество, суха маса - 4.10¹² т органично вещество в дънните утайки, суха маса -14,5.10¹² т Като се има предвид масата на абиотичните компоненти на биосферата, може да се направи погрешен извод, че живото вещество, което е с малка маса (в сравнение с другите компоненти) е с ограничено въздействие. Жизнената дейност на живото вещество и неговото въздействие в биосферни мащаби се преценява обаче не за кратко време, а за геологични периоди. Установено е, че ако от 1 м² суша първичната биологична продукция (растителна биомаса) за една година е 100 г и се допусне, че тя се натрупва непрекъснато и без да бъде променяна, за 10 000 години тя ще достигне 1 т, а за 200 млн. години - 20 хил. т. При характерната за растителната биомаса плътност това означава стълб, висок 40 км. В биосферата и в природните екосистеми тази органична материя непрекъснато се разгражда. При 5 % пепелно съдържание на фитомасата се оказва, че само на този квадратен метър за този период са преработени 1000 т минерални вещества. За много природни екосистеми е характерна значително по-голяма биологична продукция, което означава неколкократно по-интензивен кръговрат на химичните елементи.

Този пример илюстрира обективната преценка на Вернадски, който пише: „На земната повърхност не съществува химична сила, по-постоянно действаща и затова по-могъща с крайните си резултати от живите организми, взети като цяло. Цялото битие на земната кора е обусловено от живота."
Функциониране на биосферата.
Биосферата е термодинамично открита, саморегулираща система на живото вещество и неживата материя, натрупваща и преразпределяща огромни запаси от енергия и определяща състава и динамиката на земната кора, атмосферата и литосферата. Тя се управлява от закони, които изразяват взаимодействието между физичната и биологичната форма на движение на материята. От една страна, живите организми съществено влияят върху микроклимата и геофизичните условия на местообитанието, а от друга - сами зависят от физичните условия на средата. „Именно от тези взаимоотношения, според Хилми (1962), е обусловена основната характеристика на биосферата - тя е саморегулираща се система. Затворените контури на връзка между физичната среда и живото вещество - това са основите на саморегулиране на биосферата."

Вернадски (1926) посочва, че живото вещество, което трансформра и акумулира лъчиста енергия, получавана от Космоса, се превръща в особено активен агент, тъй като разпределя и освобождава натрупаната енергия под формата на свободна енергия, която извършва определена работа. Тази работа се заключава в осъществяването на геохимичните изменения, които настъпват в резултат на съществуването и еволюцията на живото вещество. В основата на учението на Вернадски за биосферата е схващането за планетарната геохимична роля на жи­вото вещество. Той посочва, че живите организми взимат участие в преразпределянето на химичните елементи, в образуването на някои видове скали и минерали, като осъществяват и някои специфични геохимични дейности: окислително-възстановителна, газова, концентрационна, разрушаване и синтез.

Първобитният човек с примитивната си дейност не е бил в състояние да промени равновесието в биосферата. В древността и особено през средните векове антропогенната дейност достига мащаби, които застрашават равновесието в природата само в определени райони на планетата. Към 1650 г. населението на планетата достига половин милиард и тази голяма човешка популация, непрекъснато нараства и увеличава своите потребности, които стават несъвместими с потреб­ностите на останалите обитатели на общия ни дом планетата Земя.