Біологія. 11 клас. Балан

§ 33. Охорона біосфери

Аби краще засвоїти матеріал цього параграфа, слід пригадати: що таке Червона книга, природоохоронні території, екологічний моніторинг?

Які можливі шляхи подолання екологічної кризи?

Розвиток природничих наук зумовив розуміння того, що людина повинна підпорядковуватись законам природи як її складова частина, а не намагатись їх змінити (ойкуменічний світогляд). В.І. Вернадський ще в першій половині XX ст. передбачав, що біосфера переходить у новий стан - ноосферу під впливом наукової думки і людської праці.

Для ноосфери характерний тісний зв’язок законів природи і соціально-економічних чинників суспільства, що базується на науково обґрунтованому раціональному використанні природних ресурсів, яке передбачає відновлюваність колообігу речовин та потоків енергії. До вирішення будь-яких проблем людина повинна підходити з позицій екологічного мислення, тобто підпорядкування повсякденної практичної діяльності людини законам природи та вимогам охорони природного середовища. Отже, ноосфера - це якісно нова форма організації біосфери, яка сформується внаслідок її взаємодії із людським суспільством, коли буде досягнуте гармонійне співіснування природи і людини.

Раціональне, або екологічно обґрунтоване, природокористування - це використання природних ресурсів в обсягах та способами, які забезпечують сталий економічний розвиток, що не призводить до порушення відновлювальних властивостей природи і погіршення екологічних умов навколишнього природного середовища. Ці принципи реалізують за допомогою різних заходів на державному рівні:

  • встановлення лімітів використання природних ресурсів, застосування маловідходних, енерго- та ресурсозберігаючих технологій;
  • здійснення заходів щодо відтворення відновлювальних природних ресурсів;
  • планування розміщення виробничих та інших господарських об’єктів з урахуванням екологічної ємності відповідної території;
  • збереження популяційно-видового та ландшафтного розмаїття;
  • запобігання забрудненню навколишнього природного середовища;
  • застосування біологічних, хімічних та інших методів поліпшення якості природних ресурсів;
  • економічне стимулювання заходів щодо забезпечення раціонального використання природних ресурсів.

Альтернативні джерела енергії - це поновлювані джерела, до яких відносять енергію сонячного випромінювання, вітру, морів, річок, біомаси, теплоти Землі, та вторинні енергетичні ресурси, які існують постійно або виникають періодично у довкіллі.

Зменшенню споживання енергетичних ресурсів сприяє впровадження нових, менш енергоємних, технологій у промисловості, сільському господарстві, будівництві. Зокрема, впровадження нових систем освітлення - флуоресцентних ламп, які працюють у 10 разів довше, ніж звичайні, дасть можливість знизити споживання електроенергії у 4 рази. Економія енергетичних витрат на опалення приміщень стає можливою з розробкою нових теплоізоляційних матеріалів і технологій будівництва.

Економічно вигідне вторинне використання сировини - один з ефективних засобів захисту довкілля від промислового і побутового забруднення. Наприклад, для виплавки алюмінію з металобрухту енергії споживається у 20 разів менше, ніж для виплавки з бокситової руди, для сталі така економія становить до 60 %, а для виготовлення паперу з макулатури порівняно з його виробництвом з целюлози - понад 25 %.

Мал. 33.1. Приклади використання альтернативних джерел енергії: 1 - електромобіль; 2 - сонячні батареї; 3 - вітрові електростанції

Важливе використання нових джерел енергії, зокрема біопалива. На відміну від інших природних енергетичних ресурсів (нафта, вугілля, ядерне паливо), біопаливо - поновлюване джерело енергії; його повністю розкладають мікроорганізми і тому воно безпечне для навколишнього середовища.

Охорона природи - це прикладна галузь знання про збереження стану біосфери, для якої екологія слугує теоретичною базою. Лише з розвитком екології людство поступово почало розуміти значення дослідження взаємозв’язків між організмами та їхнім довкіллям, виявлення закономірностей, які керують функціонуванням біосфери. Адже навіть незначний вплив людини на довкілля спричиняє ланцюгову реакцію, здатну призвести до непередбачених наслідків у глобальному масштабі. Щоб уникнути глобальної екологічної кризи, потрібні об’єднані зусилля всіх країн у справі охорони природного середовища.

Важливе завдання всього людства - це побудова екологічно стабільного суспільства, яке ґрунтується на застосуванні екологічних знань у господарській діяльності, щоб заради задоволення власних потреб не ставити під загрозу існування наступних поколінь, тобто нести відповідальність за те, в якому стані людство залишить після себе довкілля і природні ресурси.

Стратегічні принципи побудови такого суспільства розробили вчені Міжнародного союзу охорони природи та природних ресурсів (МСОП) і погодили з урядами більшості країн світу.

Для створення екологічно стабільного суспільства людство повинне:

  • взяти під контроль стрімке зростання народонаселення. Прикладом вдалого вирішення цієї проблеми може слугувати Китай, у якому темпи росту населення зменшені вдвічі;
  • обмежити використання невідновних ресурсів (чорне вугілля, нафта тощо) і ширше експлуатувати відновні (енергію Сонця, вітру, припливів і відпливів, гарячих джерел та ін.);
  • впровадити екологічно обґрунтовані технології обробітку ґрунту для захисту його від ерозії та засолення. Зокрема, такі технології передбачають обробіток ґрунту без порушення його структури (безплужна оранка тощо), раціональне використання добрив, поливу, сівозмін (періодичних змін видів культурних рослин, які вирощують на певній ділянці), створення полезахисних лісосмуг, перехід на безпечні для довкілля методи боротьби зі шкідниками;
  • для збереження та примноження лісового фонду планети припинити знищення первинних лісів і перейти до промислового використання вторинних і штучних лісонасаджень з наступним їхнім відновленням;
  • зменшувати об’єми стічних вод, запроваджувати надійні способи очищення та постійний контроль за їхньою якістю, створювати замкнені системи водопостачання промислових та енергетичних об’єктів;
  • здійснювати програми захисту і відновлення природних водойм.

Дані екологічних досліджень обов’язково мають бути враховані у справі акліматизації та реакліматизації видів. Акліматизація - пристосування певного виду до умов місцевості, де він раніше не мешкав, а реакліматизація - його повернення до місцевості, де він був поширений у минулому. Під час штучного вселення певного виду необхідно прогнозувати його можливі взаємозв’язки з корінними мешканцями екосистеми (аборигенними видами). Наприклад, акліматизація медоносної бджоли в Австралії призвела до витіснення місцевого виду, позбавленого жала, а завезення туди кактуса-опунції - до заростання цією неїстівною для худоби рослиною пасовищ.

Зникнення видів місцевої фауни та флори можливе також і через те, що на них можуть переходити паразити і шкідники від акліматизованих видів. Так, спроба акліматизації волзької севрюги в Аральському морі стала причиною масової загибелі місцевого виду - аральського шипа, який почали вражати плоскі черви - паразити севрюги. Тому існують особливі карантинні служби, які обстежують організми, що їх ввозять у певну країну, з метою виявлення потенційно небезпечних видів.

Які основні напрями збереження різноманітності організмів?

Збереження і поліпшення стану біосфери неможливе без збереження біологічного різноманіття (біорізноманіття) організмів, які населяють нашу планету. У свою чергу, охорона біорізноманіття неможлива без всебічного вивчення видового складу організмів різних регіонів земної кулі, їхніх екологічних та морфофізіологічних особливостей, стану популяцій тощо. Для збереження видового різноманіття багато країн світу (серед яких і Україна) приєдналися до розробленої МСОП Всесвітньої стратегії охорони природи. Важливість охорони біологічного різноманіття нашої планети підкреслює ухвалена ООН 1992 р. «Конвенція про охорону біологічного різноманіття», а також створена на її основі «Концепція збереження біологічного різноманіття України» (1997). Для реалізації цих документів розроблено Національну програму збереження біологічного різноманіття України на 1998-2015 рр.

Її основні положення:

  • збереження, поліпшення стану й відновлення природних і порушених екосистем, місцеперебувань окремих видів тварин, рослин, грибів і компонентів ландшафтів;
  • сприяння переходу до збалансованого використання природних ресурсів, зменшення негативного впливу на екосистеми;
  • підсилення відповідальності за збереження біологічного різноманіття підприємств і громадян, діяльність яких пов’язана з використанням природних ресурсів або впливає на стан навколишнього середовища.

Розуміння необхідності ретельного обліку рідкісних і зникаючих видів організмів зумовило створення 1948 року при МСОП постійної Комісії з видів рослин і тварин, яким загрожує зникнення. Результатом роботи комісії стало створення Міжнародної Червоної книги, окремі випуски якої почали видавати з 1966 р. Водночас провадять роботу зі складання так званих Чорних списків видів, які зникли з лиця Землі починаючи з 1600 р. Підставою для введення певного виду до Чорного списку є відсутність достовірних його знахідок принаймні протягом останніх 50 років. Створюються списки видів, які потребують охорони на теренах окремих держав, та національні Червоні книги. Перше видання Червоної книги України вийшло друком 1980 р., останнє - у 2009 р. Згідно із Положенням про Червону книгу України, прийнятим Верховною Радою 1992 р., Червона книга - це державний документ про сучасний стан видів тварин і рослин, які перебувають під загрозою зникнення, та про заходи щодо їхнього збереження та науково обґрунтованого відтворення. До неї заносять види тварин і рослин, які постійно чи тимчасово (наприклад, перелітні птахи) мешкають у природних умовах на території України або в межах її територіальних вод. Для кожного із занесених до Червоної книги України видів наведені дані про їхнє поширення, особливості будови, функціонування, життєвий цикл, чисельність у природі, вжиті або ті, що плануються, заходи охорони тощо. Нині до Червоної книги України занесено 826 видів рослин і грибів та 542 види тварин (мал. 33.2-33.3).

Фахівці України вперше у світі розробили Зелену книгу, до якої заносять рідкісні і типові для певної місцевості рослинні угруповання, що потребують встановлення особливого режиму їх використання.

Види, занесені до Червоної книги, охороняють і відновлюють, зокрема на різноманітних природоохоронних територіях. Відтворення та використання цих територій, які є національним надбанням, здійснюється згідно із Законом України «Про природно-заповідний фонд» (1992).

Біосферні заповідники (Асканія-Нова, Карпатський, Чорноморський, Дунайський) мають міжнародне значення і створені з метою збереження у природному стані найтиповіших природних комплексів біосфери та проведення екологічного моніторингу. У біосферних заповідниках здійснюють міжнародні наукові та природоохоронні програми.

Природні заповідники - це природоохоронні науково-дослідні установи загальнодержавного значення, які створюють з метою збереження у природному стані типових для даної місцевості або унікальних природних комплексів, вивчення природних процесів і явищ, що в них відбуваються, розробки наукових засад охорони природи. На території України природні заповідники розміщені в усіх природних зонах. Так, у зоні мішаних лісів розташовані Древлянський, Поліський, Рівненський, Черемоський; лісостеповій - Канівський, «Розточчя», «Медобори»; степовій - Луганський, Український степовий, Дніпровсько-Орільський, «Єланецький степ», Опукський; у Криму - Казантипський, Карадазький, Кримський, Ялтинський гірсько-лісовий, «Мис Мартьян»; в Українських Карпатах - «Горгани».

Мал. 33.2. Тварини Червоної книги: 1 - хохуля звичайна; 2 - рись; З - дельфін-білобочка; 4 - лелека чорний; 5 - пелікан кучерявий; 6 - сорокопуд сірий; 7 - саламандра плямиста; 8 - мідянка; 9 - бражник олеандровий

Національні природні парки - природоохоронні, науково-дослідні та культурно-просвітні установи, покликані зберігати цінні природні, а також історико-культурні комплекси та об’єкти. На їхній території за умов дотримання заповідного режиму можуть здійснюватись організований туризм і певні форми відпочинку. В Україні нині створені такі національні природні парки (подано за алфавітом): Азово-Сиваський, «Білобережжя Святослава», Білоозерський, «Бузький Гард», «Великий Луг», Верховинський, Вижницький, Галицький, Гетьманський, Голосіївський, «Гомільшанські ліси», «Гуцульщина», Дворічанський, Дермансько-Острозький, Деснянсько-Старогутський, Джарилгацький, «Залісся», Ічнянський, «Кармелюкове Поділля», Карпатський, «Кременецькі гори», Мезинський, Нижньосульський, Пирятинський, «Північне Поділля», «Подільські Товтри», Приазовський, «Приазовський», «Прип’ять-Стохід», «Святі гори», «Синевир» і «Синьогора», Сіверсько-Донецький, «Сіверсько-Донецький», «Сколівські Бескиди», Слобожанський, «Тузлівські лимани», Ужанський, Хотинський, «Чарівна гавань», Черемоський, Шацький, Яворівський.

Мал. 33.3. Рослини Червоної книги: 1 - півонія кримська; 2 - анемона; 3 - горицвіт весняний; 4 - зозулинець салепів; 5 - сон-трава; 6 - тюльпан двоквітковий; 7 - пізньоцвіт осінній; 8 - пальчатокорінник травневий; 9 - тирлич безстебловий; 10 - лілія лісова; 11 - підсніжник білосніжний; 12- зозулині черевички

Регіональні ландшафтні (пейзажні) парки - природоохоронні заклади місцевого або регіонального значення, покликані здійснювати ті ж завдання, що й національні природні парки.

Заказники - природні території, створені з метою збереження і відтворення певних природних комплексів або окремих видів організмів. Наукова та деякі види господарської і культурно-просвітньої діяльності дозволені на їхній території з дотриманням вимог охорони довкілля.

Пам’ятки природи - окремі унікальні природні утворення, які мають природоохоронне, наукове, естетичне або пізнавальне значення.

Особливе місце у здійсненні природоохоронних заходів посідають ботанічні сади та зоологічні парки, які створюють з метою вивчення, збереження, акліматизації та ефективного господарського використання рідкісних й інших видів місцевої і світової фауни та флори. Але головне призначення цих закладів - проведення освітньо-виховної роботи, формування у населення дбайливого ставлення до природи. Найстаріший серед ботанічних садів - Ботанічний сад Харківського університету, його створено 1804 р. Найбільшу площу займає Донецький ботанічний сад - понад 275 га, а найбагатша колекція видів рослин представлена у Нікітському ботанічному саду - понад 15 000. Серед зоопарків найтривалішу історію має також Харківський (1895), а найбільше видів тварин можна спостерігати у Київському зоопарку - понад 400.

Незважаючи на збільшення загальної площі природно-заповідного фонду України, його території розташовані розрізнено. Це заважає міграціям видів, які потребують охорони, з одних охоронних територій до інших. Тому необхідне створення екологічної мережі - єдиної системи охоронних територій, просторово сполучених екологічними коридорами. Розвинуті європейські країни вже давно розпочали формування таких мереж, а в Україні Закон «Про загальнодержавну програму формування національної екологічної мережі України на 2000-2015 рр.» прийнятий лише 2000 р. Для цього планують збільшити частку природних екосистем у земельному фонді України до рівня, достатнього для збереження біорізноманіття нашої країни та забезпечення можливостей міграцій і поширення видів.

Природоохоронне законодавство України. Збереження і відтворення природних комплексів та окремих видів організмів неможливе без відповідної правової бази. Природоохоронна діяльність забезпечена Основним законом - Конституцією України. Питання охорони довкілля, раціонального використання природних ресурсів та загальні принципи забезпечення екологічної безпеки регулюються положеннями Закону України «Про охорону навколишнього природного середовища». Їх також регламентують Закони України «Про тваринний світ», «Про рослинний світ», «Про охорону атмосферного повітря», Кодекс України про надра, Водний, Земельний та Лісовий кодекси України. В Україні організацію охорони довкілля та загальне керівництво природоохоронними заходами здійснює Міністерство екології та природних ресурсів України.

Нові терміни та поняття. Ноосфера, екологічне мислення, акліматизація та реакліматизація видів, Червона книга, Зелена книга.

Запитання для повторення: 1. Як учені розуміють поняття «ноосфера» та «екологічне мислення»? 2. У чому полягають основні принципи раціонального природокористування? 3. Які ви знаєте альтернативні джерела енергії? 4. Які переваги застосування біопалива в енергетиці? 5. Які основні напрями охорони природи? 6. Які шляхи побудови екологічно стабільного суспільства?

Проблемне завдання. Поміркуйте, які відмінності в природоохоронному статусі є між такими категоріями природоохоронних територій, як біосферні заповідники; природні заповідники; національні природні парки; регіональні ландшафтні (пейзажні) парки; заказники; пам’ятки природи.

Практична робота 3

Розв’язування задач з екології

Мета: скласти спрощену математичну модель взаємин хижака і жертви в угрупованні.

Задача 1. Людина має масу тіла 70 кг, з якої 60 % становить вода. Яка площа акваторії моря здатна її прогодувати, якщо в їжу споживається риба, що живиться водоростями (фітопланктоном). Продуктивність фітопланктону становить 600 г/м2 сухої біомаси.

Приклад розв’язку. Для розв’язання цієї задачі використовуємо правило екологічної піраміди, згідно з яким на кожному з ланцюгів живлення запасається лише 10 % спожитої біомаси.

Визначаємо суху біомасу людини:

70 кг - 100 %;

x кг - 40%;

х = 28 кг.

Для створення 28 кг сухої біомаси людині потрібно спожити 280 кг риби, а рибі - відповідно 2800 кг фітопланктону.

Визначимо площу акваторії, на який мешкає відповідна маса фітопланктону:

2800 кг : 0,6 кг = 4666,6 м2.

Задача 2. Визначте продуктивність агроценозу площею 1 га (суху речовину та енергію, яка у ній запасається), якщо протягом доби рослинами створюється 560 г/м2 сухої речовини, а в 1 г сухої біомаси, створеної рослинами, запасається 22 кДж енергії.

Задача 3. Маса самця сивуча (тюлень з родини Морські леви) становить 400 кг. До складу його гарему входять три самки, масою 200, 230 та 250 кг. У даному місці мешкання основу їжі сивучів становлять риби, які живляться планктоном. Чи достатньо акваторії площею 50 000 м2 для нормального живлення сивучів, якщо продуктивність планктону становить 700 г/м2, а вміст води у тілі тюленів становить близько 60 %?

Задача 4. Скільки корів масою 300 кг може прогодувати пасовище площею 2 га, якщо продуктивність рослин, якими вони живляться, становить 800 г/м2 сухої речовини, а вміст води у тілі корови становить близько 60 %?

Задача 5. Ланцюг живлення складається з наступних ланок: рослини - миша - змія - орел-змієїд. Визначте масу миші, якщо маса орла-змієїда становить 2 кг.

ТЕМАТИЧНА ПЕРЕВІРКА ЗНАНЬ

І. Із запропонованих відповідей виберіть одну правильну:

1. Зазначте, як називають усі можливі типи співіснування організмів різних видів: а) паразитизм; б) мутуалізм; в) коменсалізм; г) симбіоз.

2. Укажіть, чим визначаються межі певного біогеоценозу: а) межами певного тваринного угруповання; б) межами певного рослинного угруповання; в) довільно; г) чітких меж не існує.

3. Визначте, як називають тип симбіозу, за якого організми різних видів отримують взаємну користь: а) паразитизм; б) коменсалізм; в) мутуалізм; г) конкуренція.

4. Зазначте, як називають просторове та трофічне положення популяції певного виду в біогеоценозі: а) місцеперебуванням; б) трофічним рівнем; в) симбіозом; г) екологічною нішею.

5. Зазначте, що таке ноосфера: а) розумова оболонка Землі; б) частина оболонок Землі, заселена живими істотами; в) новий стан біосфери, зумовлений розумовою діяльністю людини; г) сукупність усіх природоохоронних територій.

6. Укажіть типи природоохоронних територій, які функціонують в Україні: а) лише заповідники; б) лише заказники; в) лише національні природні парки; г) заповідники, національні природні парки та заказники.

II. Завдання на встановлення відповідності:

1. Встановіть відповідність між видами екологічних факторів та прикладами, які їх ілюструють:

Види екологічних факторів

Приклади

A. Абіотичні

Б. Біотичні

B. Антропогенні

1. Уміст газів у ґрунті

2. Взаємодія хижак-здобич

3. Підвищений уміст радіонуклідів у ґрунті

2. Встановіть відповідність між формами симбіозу та прикладами, що їх ілюструють:

Форми симбіозу

Приклади співіснування організмів різних видів

A. Мутуалізм

Б. Коменсалізм

B. Паразитизм

Г. Нейтралізм

1. Співіснування уссурійського тигра та лісового кота

2. Мешкання малярійного плазмодія в еритроцитах

3. Оселення рачків морських жолудів на тілі китів

4. Мешкання багатоджгутикових одноклітинних тварин у кишечнику тарганів та термітів

3. Встановіть відповідність між парами видів та відносинами, які між ними можуть виникати:

Екологічні групи

Організми

A. Підосичник - осика

Б. Орхідеї - тропічні дерева

B. Малярійний комар - людина

Г. Малярійний плазмодій - людина

1. Коменсал - хазяїн

2. Паразит - хазяїн

3. Кровосисний вид - живитель

4. Хижак - здобич

5. Мутуалістичні відносини

4. Встановіть відповідність між формами діяльності людини та їхніми наслідками:

Наслідки діяльності людини

Форми діяльності людини

A. Ерозія ґрунтів

Б. Засолення ґрунтів

B. Утворення озонових дірок

Г. Тепличний ефект

1. Інтенсивна діяльність промисловості та транспорту

2. Викиди в атмосферу хлорфторвуглецевих сполук

3. Масове вирубування лісів

4. Осушення боліт

5. Нераціональне поливання ґрунтів

III. Відкриті запитання:

1. Які рівні організації живої матерії вивчає екологія? Які розділи екології вивчають ті чи інші рівні організації живої матерії?

2. Що спільного й відмінного у механізмах регуляції чисельності популяцій тварин і рослин? Відповідь обґрунтуйте.

3. Чому стабільність біогеоценозів залежить від їхнього видового різноманіття? Відповідь обґрунтуйте.

4. Еволюція багатьох видів квіткових рослин і комах відбувалася спільно. Які спільні пристосування у них виробилися і чим вони залежать одне від одного?

5. Чому слід охороняти не окремі рідкісні або зникаючі види, а цілісні біогеоценози, до складу яких вони входять? Відповідь обґрунтуйте.

6. Чому глобальну екологічну катастрофу можна відвернути лише спільними зусиллями урядів та громадськості різних країн? Відповідь обґрунтуйте.