Антропогенные экологические факторы

Экологические факторы среды по происхождению подразделяются на:

1. Биотические.

2. Абиотические. 

3. Антропогенные.

 

Изменения природной среды, произошедшие в результате хозяйственной и другой деятельности человека, обусловлены антропогенными факторами. Пытаясь переделать природу, с целью приспособить ее к своим нуждам, человек трансформирует естественную среду обитания живых организмов, оказывая влияние и на их жизнь.

 

К антропогенным факторам относятся такие виды:

1. Химические.

2. Физические.

3. Биологические.

4. Социальные.

Химические антропогенные факторы включают применение минеральных удобрений и ядовитых химических веществ для обработки полей, а также загрязнение всех земных оболочек транспортными и промышленными отходами. К физическим факторам можно отнести использование ядерной энергии, повышение уровня шума и вибрации в результате деятельности человека, в частности при использовании разнообразных средств передвижения. Биологические факторы – это продукты питания. К ним также относятся организмы, которые могут обитать в теле человека или те, для которых человек потенциально является пищей. Социальные факторы определяются совместным существованием людей в обществе и их взаимоотношениями.

Влияние человека на окружающую среду может быть прямым, косвенным и комплексным. Прямое влияние антропогенных факторов осуществляется при сильном непродолжительном воздействии какого-либо из них. Например, при обустройстве автомобильной магистрали или укладке железнодрожных путей через лес, сезонной промысловой охоте в определенной местности, т.д. Косвенное воздействие проявляется изменением природных ландшафтов при хозяйственной деятельности человека небольшой интенсивности в течение длительного периода времени. При этом подвергается воздействию климат, физический и химический состав водоемов, изменяется структура почв, строение поверхности Земли, состав фауны и флоры. Это происходит, к примеру, при строительстве металлургического комбината рядом с железной дорогой без применения необходимых очистных сооружений, что влечет загрязнение окружающей природы жидкими и газообразными отходами. В дальнейшем деревья на близлежащей территории погибают, животным грозит отравление тяжелыми металлами, т.д. Комплексное воздействие прямых и косвенных факторов влечет постепенное появление выраженных изменений окружающей среды, что может быть обусловлено быстрым ростом населения, увеличением поголовья скота и животных, обитающих рядом с жильем человека (крыс, тараканов, ворон, т.д.), распашкой новых земель, попаданием вредных примесей в водоемы, т.д. В такой ситуации в измененном ландшафте могут выжить лишь те живые организмы, которые способны приспособиться к новым условиям существования.

В ХХ и Х1 веках антропогенные факторы приобрели огромное значение в изменении климатических условий, строении почв и состава атмосферного воздуха, соленых и пресных водоемов, в уменьшении площади лесов, вымирании многих представителей растительного и животного мира.

Похожие статьи:

1. Экологические факторы среды
2. Абиотические факторы
3. Биотические факторы 

К антропогенным экологическим факторам относят. Биология 2374

Задание 2374

К антропогенным экологическим факторам относят

Ответы:

обмеление рек в результате вырубки лесов — Правильный ответ

прекращение вулканической деятельности

прореживание саженцев сосны — Правильный ответ

выпадение осадков

уменьшение освещённости в водоёмах с глубиной

внесение органических удобрений в почву — Правильный ответ

Фактор антропогенный — Справочник химика 21

    Антропогенная деятельность всегда направлена на экосистемы, вне которых нет жизни на Земле, В противоположность техногенным объектам, стабильность экосистемы и ее устойчивость при внешнем воздействии увеличивается с ростом ее сложности и наоборот. Обеднение видового разнообразия флоры и фауны при антропогешюм воздействии (см.) понижает стабильность экосистемы. Структурно упрощенные экосистемы, в частности природные деградирующие или созданные человеком (например, сельскохозяйственные угодья), становятся весьма уязвимыми даже к слабому воздействию абиотических (климатических) факторов. Поэтому любой процесс антропогенного воздействия на экосистему ведет к ее изменениям, экологическому кризису, частичной или полной деградации и гибели, 
[c.408]

    В целом, при загрязнении объектов окружающей среды тесно взаимодействуют три группы экологических факторов 1) многокомпонентность состава загрязнений — углеводороды, продукты старения, синтетические вещества, присадки (антропогенный фактор) 2) гетерогенность состава и структуры загрязненной экосистемы (биотический фактор) 3) многообразие и изменчивость абиотических факторов, под действием которых находится экосистема температура, давление, влажность и др. [22]. 
[c.61]

    Другим фактором антропогенного воздействия на ночвы является ирименение минеральных удобрений. Пе все вводимые в ночву удобрения достигают растений, многое теряется, выносится в водные объекты. [c.50]

    Антропогенная деятельность (сельское хозяйство, вырубка лесов) оказывает влияние на все процессы, протекающие в круговороте углерода однако в настоящее время главным фактором стало потребление ископаемых нефти, газа, угля, сланцев и торфа. Высвобождение энергии, аккумулированной в ископаемых, создает так называемый биолого-технический круговорот углерода, иначе антропогенный цикл. [c.18]

    АНТРОПОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ — см. Антропогенное воздействие. 

[c.397]

    Фактор антропогенный — влияние, оказываемое человеком и его деятельностью на организмы, биоценозы, биосферу. [c.245]

    Распространение мутагенов в окружающей среде чревато повышением частоты мутаций, а следовательно, увеличением генетического груза человечества, что в свою очередь влечет за собой физические страдания больных, ставит сложные моральные проблемы перед обществом и, наконец, ложится на его плечи тяжелым экономическим бременем (см. гл. 20). Генетическая токсикология изучает мутагенную активность факторов антропогенной природы, прежде всего химических соединений, разрабатывает методы и способы оценки их генетической активности. Эта наука ставит своей целью свести к минимуму степень риска мутагенных воздействий, уменьшить генетическую опасность во всех областях человеческой деятельности. 

[c.526]

    Под термином мониторинг окружающей среды- понимается комплекс мероприятий, предусматривающих наблюдение за нарушением экологических равновесии. Служба слежения за нарушением экологических равновесий имеет в своем распоряжении все, что входит в арсенал современной аналитической химии. Различают четыре основных типа мониторинга глобальный, национальный, региональный, локальный, В конечном счете нарушения экологических равновесий определяются антропогенными факторами [c.614]

    Перечислите основные факторы антропогенного воздействия на почвы. Что такое эрозия почвы  [c.82]

    Мониторинг охватывает наблюдения за источниками и факторами антропогенных воздействий — химическими, физическими (излучение, тепловое зафязнение) и за эффектами, вызываемыми этими воздействиями в окружающей среде, и прежде всего за реакцией биологических систем. 

[c.323]

    Антропогенные факторы — результат деятельности человека, приводящий к изменению природы как среды обитания других видов или влияющих непосредственно на их жизнь. В процессе эволюции человек осваивал охоту, сельское хозяйство, промышленность, транспорт и тем самым постепенно нз- [c.6]

    Связи третьего типа (III) характерны для второй половины XX века. Их возникновение связано с все возрастающим влиянием антропогенной деятельности на природу, что в конечном итоге приводит к трансформации Земли как планеты, и уже носит космический характер. К подобным факторам можно отнести создание искусственных водоемов большой площади, истребление лесных массивов, радиоактивное заражение планеты. [c.7]

    АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ — воздействие на окружающую среду созданной человеком техносферы, обусловленное необходимостью постоянного увеличения энергетических и сырьевых затрат для обеспечения потребностей численно растущего человечества. А,в. выделяют в отдельную группу так называемых антропогенных экологических факторов. 

[c.397]

    ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ — любые условия (элементы) окружающей природной среды, способные оказывать влияние на живые организмы, хотя бы на одной из стадий их существования. Различают абиотические факторы, не связанные с жизнедеятельностью организмов (климатические, водного покрова, почвенные), биотические — исходящие от живых организмов (хищничество, конкуренция, паразитизм), антропогенные — связанные с деятельностью человека. [c.406]

    Как указывалось, по экологическому фактору территории значительно дифференцированны. Поэтому особенно важны исследования по выявлению особенностей загрязнения окружающей среды в зависимости от характера производства, а также — доли угольных предприятий в общем антропогенном загрязнении городов и территорий. 

[c.205]

    На предприятиях Кузбасса (города Новокузнецк, Прокопьевск, Киселевск, Междуреченск) оценены показатели, характеризующие сбросы и выбросы загрязняющих веществ в окружающую среду при подземном способе добычи угля намечены планы природоохранных мероприятий разработана схема расположения предприятий отрасли на территории Кемеровской области проанализированы уровни утвержденных для предприятий предельно допустимых выбросов и сбросов изучена заболеваемость населения в возрасте старше 18 лет по данным статистической отчетности (формы 1 и 12). Определена статистически достоверная связь между состоянием здоровья населения и антропогенными факторами влияния на изменения окружающей человека среды. [c.205]

    Экологические факторы, воздействующие на живые организмы, разнообразны, являются полезными или вредными, спосдбствуют либо препятствуют выживанию и размножению. Экологические факторы делятся на абиотические, биотические и антропогенные. 

[c.6]

    Ртуть в атмосферном воздухе существует в основном в элементной форме (90-97%). Количественные оценки ее антропогенного поступления неоднозначны 196 , По расчетам специалистов вклад антропогенных факторов в фоновое содержание ртути в атмосфере составляет от 30 до 50%, Остальная ртуть поступает из природных источников, п )ичем время се жизни в атмосфере составляет около 70 сут. Установлено, что при сжигании угля образуется 75% Hg и 20% а при сжигании мусора — 20% [c.104]

    Таким образом, в процессе эксплуатации месторождения нужно изучать те изменения, которые претерпевает система пласт -флюиды — оборудование под действием антропогенных факторов, и учитывать возможные негативные последствия проводимых гео-лого-технических мероприятий. Так, процессы заводнения и воздействия на пласт путем закачки химреагентов приводят к изменению состава и свойств нефти. При заводнении в остаточной нефти увеличивается содержание тяжелых и окисленных компонентов, асфальтено-смолистых веществ, что, в свою очередь, приводит к ухудшению свойств нефти — росту вязкости, плотности, увеличению сорбционной активности. Следует отметить, что влияние закачек различных веществ, в первую очередь химически активных, на свойства добываемой нефти изучено недостаточно. [c.9]

    В заключение приведем некоторые средние цифры о наличии ядер конденсации в различных газах. Число ядер в атмосфере зависит от антропогенных факторов. Та,к, в 4 см над океаном и в горах содержится 10з частиц, над островами и в сельской местности 10 , а в крупных городах от 1,5-10= до 4-10[c.218]

    Антропогенные факторы — это совокупность различных воздействий человека на живую и неживую природу. [c.11]

    Что такое антропогенные факторы В чем проявляется воздействие человека на окружающую среду  [c.81]

    Широкое применение находит в ней лабораторное и численное моделирование химических процессов в геосферах. Лабораторное моделирование позволяет выявить механизмы превращений отдельных соединений или групп соединений под действием как природных, так и антропогенных факторов. Численное моделирование имеет целью получение сценариев возможных изменений в окружающей среде на разных уровнях — от локального до глобального. Развитие и совершенствование таких сценариев должны давать исходный материал для разработки научно обоснованной стратегии охраны среды обитания и биосферы в целом от непреднамеренных нарушений химических равновесий под влиянием человеческой деятельности. [c.6]

    Все отмеченные выше особенности пространственно-временного распределения диоксида углерода в атмосфере определяются сочетанием природных и антропогенных факторов. Наличие годового хода концентраций, безусловно, связано с динамикой функционирования основных (биотических) источников и стоков этого компонента. В частности, летний минимум объясняется его поглощением в процессе фотосинтеза. О превалирующем значении этого стока свидетельствуют также и суточные вариации концентраций в приземном воздухе негородских районов, достигающие 30 %. Например, в зоне тропических лесов в дневное время, когда происходит активное поглощение СО2 растительностью, концентрация его падает до 300-320 млн , а ночью поднимается до 400 млн (над центральными бедными жизнью частями океанов суточный ход практически отсутствует). [c.87]

    Изменение состояния биосферы происходит под влиянием естественных и антропогенных воздействий. В отличие от естественных воздействий, необратимые изменения биосферы под влиянием антропогенных факторов интенсивны, кратковременны, но могут происходить и за длительное время. Одним из факторов антропогенного воздействия является воздействие углеводородных систем (глава 1). По энергонасыщенности и по своему действию на природу процессы переработки углеводородных систем сопоставимы с естественными (природными) процессами, протекающими в течение тысяч и даже миллионов лет. При этом появляется необходимость выделения этих изменений окружающей среды на фоне естественных, организации системы наблюдений за состоянием биосферы под влиянием производства. [c.186]

    Согласно концепции биотической регуляции окружающей среды , разработанной видным российским ученым В. Г. Горшковым, для поддержания на планете экологического равновесия потребление каждого биологического вида должно быть жестко сбалансированно с потреблением остальных видов, что и достигается в биосфере при отсутствии действия антропогенных факторов (вмешательства человека). По В. Г. Горшкову, в отсутствие антропогенного влияния круговорот всех биогенов замкнут с точностью порядка 0,01% [20], согласиться с чем довольно трудно, как и с мыслью о биотической регуляции как единственном механизме поддержания экологического равновесия. [c.20]

    В зависимости от действия абиотических и антропогенных факторов концентрации загрязнений могут сушественно колебаться во времени. Так, содержание ПХДД и ПХДФ в атмосфере Лондона в период 1991 — 1994 гг. снизилась на 70%, но с 1995 г. до настоящего времени снова отмечается ее рост [135]. [c.90]

    Очевидно, что для нормального функционирования и устойчивости экосистем действие антропогенных факторов не должно превышать определенных предельных нагрузок это — ПДН (или ПДЭН — предельно допустимая экологическая нагрузка, комплексный показатель, включающий в себя ряд параметров) и ПДК (предельно допустимая концентрация тех или иных экологоопасных веществ в объектах окружающей среды). [c.102]

    Среди множества проблем, волнующих современное общество, охрана окружающей среды занимает одно из первых мест. Это связано с тем, что антропогенные факторы в биогеохнмическом круговороте многих токсичных для человека веществ стали сопоставимы с природньпии, а порой и превосходят их. При этом циркуляция чужеродных живым организмам соединений и их неизбежный перенос по пищевым цепям возросли до уровня, угрожающего здоровью настоящего и будущего поколений. [c.5]

    Достоверный ответ на вопрос о состоянии окружающей среды и влиянии на нее антропогенных факторов может бьггь дан только на основе систематических наблюдений за загрязнением природных объектов и выявления источников загрязнения, т е. при организации эколого-анали-тического мониторинга, который является составной частью общего мониторинга состояния природной среды 5]. Заметим, что эколого-аналитический мониторинг не является принципиально новой системой наблюдений за згирязнениями в окружающей среде, а органично в.чодит в единую государственную систему экологического мониторинга [6]. [c.10]

    Известно, что состояние биосферы изменяется под влиянием естественных и антропогенных воздействий [2]. Однако между ними есть существенное различие после прекращения воздействия естественных факторов биосфера быстро возвращается в первоначальное состояние и эво-.гпоционные изменения протекают медленно в течение длительного времени, измеряемого иногда эпохами. В отличие от естественных воздействий, необратимые изменения биосферы под влиянием антропогенных факторов могут происходить весьма быстро. При этом появляется необходимость выделения антропогенных изменений на фоне естественных, т е. организации специальных наблюдений за изменением состояния биосферы под влиянием человеческой деятельности. [c.15]

    Очевидно, что систематические наблюдения за источниками и уровнем загрязнений природных объектов вредными веществами с применением методов аналитической химии — эколо.ю-аиалитический мониторинг — ггозволяют обнаружить нежелательное поступление зафязняющих веществ в окружающую среду, выделить влияние антропогенных факторов и оптимизировать взаимодействие человека с природой. [c.15]

    С точки зрения эколого-аналитического мониторинга суперэкотоксикантов интерес представляют и ПАУ в связи с их высокой биологической (в частности, канцерогенной и мутагенной) активностью [49]. Образование и поступление ПАУ в окружающую среду связьшают прежде всего с высокотемпературными процессами, протекающими в природе (лесные пожары, вулканическая деятельность), и антропогенными факторами (промьппленность, сжигание топлива, транспортные выхлопы и т.п.) [145], В результате развития высокочувствительных методов анализа в последнее время наряду с незамещенными ПАУ в окружающей среде обнаружены их гетероциклические аналоги, иногда более канцерогенные, чем исходные соединения. Их присутствие в смеси с ПАУ может вызывать синергетический эффект. [c.83]

    Донные отложения отбирают для определения характера, степени и глубины проникновения суперэкотоксикантов в них, изучения закономерностей процессов самоочищения, выявления источников вторичного зафязнения и учета воздействия антропогенного фактора на водные экосистемы (831 Проба должна характеризовать водный объект или его часть за определенный промежуток времени. В водоемах и реках точки отбора проб выбирают с учетом распределения донных отложений и их перемещения. В частности, отбор проб обязателен в местах максимального накопления донных отложении (места сброса сточных вод и впадения боковых притоков, приплотинные участки водохранилищ), а также в местах, где обмен зафязняющими веществами между водой и донными отложениями наиболее интенсивен (судоходные фарватеры рек, перекаты, участки ветровых волнений и др.). При оценке влияния сточных вод на степень зафязненности донных отложений и динамики накопления зафязняющих веществ пробы отбирают выше и ниже мест сброса в характерные фазы гидрологических режимов водных объектов [c.191]

    К антропогенным факторам, приводящим к нарушению и деградации почвенного покрова, в первую очередь относятся кислотные осаждения и выпадение из атмосферы загрязняющих компонентов, а также нерациональное внесение агрохимикатов. Деградация почв происходит также при прямом хозяйственнобытовом возде1к твии, таком как ее вспашка, выпас скота, строительство, складирование мусора и т. п. Немалый урон наносится им в результате военных действий и учений. [c.47]

    Таким образом, внешние геосферы и биота прошли длительный путь совместной эволюции, в результате которой сложился своеобразный природный «биосферный метаболизм», определяющий химический состав атмосферы, океанов и твердой поверхности нашей планеты. Этот «метаболизм» выступает в виде совокупности взаимосвязанных физических, химических и биологических процессов. Как и любому организму со сложным метаболизмом, биосфере Земли присущ внутренний гомеостазис в отсутствие значительных нарушений (вследствие действия космических, внутрипланетарных или антропогенных факторов) эти процессы определяют природные циклы элементов, сбалансированные во временном интервале менее 1000 лет по всем источникам и стокам. Ключевым звеном поддержания такого квазистационарного состояния является деятельность биоты. [c.75]


14.Экологические факторы среды.

Экологические факторы — это элементы среды, которые воздействуют на организм. Они подразделяются на абиотические (факторы неживой природы – температура, свет, химический состав и т.д.), биотические (воздействия других организмов – хищничество, конкуренция и т.д.) и антропогенные (воздействие человека).

  • Любые элементы или условия среды, оказывающие воздействие на организм, называются…

    1. *экологическими факторами

    2. экологической валентностью

    3. экологической парадигмой

    4. экологическими проблемами

  • (Более 1 ответа) К абиотическим факторам относятся…

    1. паразитизм

    2. *влажность воздуха

    3. повреждение гороха жуком-зерновкой

    4. численность паразитов

    5. *температура почвы

    6. *давление

    7. вырубка леса

  • (Более 1 ответа) Абиотическими факторами не являются…

    1. *внесение азотных удобрений

    2. количество фосфора к почве

    3. *хищничество

    4. температура воды

    5. магнитные бури

    6. *распашка степей

  • К абиотическим экологическим фактора относится …

    1. Размножение, уход за потомством;

    2. Пространственная и этологическая структура популяций;

    3. *Акустические колебания, ветер, волны, течения;

    4. Хищничество, паразитизм, мутуализм;

  • Содержание растворенного в воде О2 — это ___________ экологический фактор

    1. биологический

    2. *химический

    3. эдафический

    4. климатический

  • Периодичность открывания и закрывания раковин у устриц относится к ____________ ритмам

    1. сезонным

    2. годовым

    3. *приливно-отливным

    4. суточным

  • Влияние плодородия почвы на продуктивность растений относится к_______ факторам среды

    1. физическим

    2. *абиотическим

    3. биотическим

    4. климатическим

  • По классификации А.С.Мончадского, температура, осадки, динамика растительной пищи, содержание растворенных газов в воде являются ____________ факторами.

    1. антропогенными

    2. *вторичными периодическими факторами

    3. биотическими

    4. непериодическими

  • К орографическим факторам среды относятся ..

    1. *рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона

    2. газовый состав воздуха, солевой состав воды

    3. механический состав, влагоемкость, плотность почв

    4. свет, температура, движение воздуха, давление

  • К климатическим факторам относятся…

    1. извержения вулканов

    2. *температура

    3. землетрясения

    4. *влажность

    5. структура почв

  • Рельеф местности, крутизна и ориентация склона являются __________.факторами

    1. биотическими

    2. климатическими

    3. *орографическими

    4. антропогенными

  • Смерч и ураган относятся к _____________.экологическим факторам

    1. *климатическим

    2. антропогенным

    3. химическим

    4. биотическим

  • Газовый состав атмосферы относится к ________ экологическим факторам

    1. биотическим

    2. *химическим

    3. климатическим

    4. физическим

  • Группа экологических факторов, к которой относятся такие компоненты внешней среды как свет, вода, температура, химический состав среды обитания, называется ___________ факторами.

    1. биотическими

    2. *абиотическими

    3. антропогенными

    4. непериодическими

  • Основными условиями фотосинтеза растений является …

    1. Свет, кислород, углекислый газ

    2. *Свет, вода, углекислый газ

    3. Кислород, вода, свет,

    4. кислород, углекислый газ

  • Экологический фактор, ограничивающий распространение многих растений и животных к северу, — это недостаток…

    1. пищи

    2. света

    3. *тепла

    4. территории

  • Вода является __________ экологическим фактором для организмов биосферы

    1. *незаменимым

    2. заменимым

    3. космическим

    4. биотическим

  • (Более 1 ответа) Отметьте биотические факторы:

    1. длина дня

    2. внесение фосфорных удобрений

    3. *конкуренция

    4. вырубка леса

    5. магнитные бури

    6. *симбиоз

    7. температура почвы

  • (Более 1 ответа) Биотическими факторами не являются…

    1. конкуренция

    2. *количество фосфора в почве

    3. хищничество

    4. *температура воды

    5. симбиоз

  • (Более 1 ответа) К биотическим факторам относятся…

    1. *конкуренция

    2. влажность воздуха

    3. эрозия почв

    4. *повреждение гороха жуком-зерновкой

    5. вырубка леса

  • К биотическим экологическим факторам относятся …

    1. *аменсализм

    2. температура

    3. *нейтрализм

    4. влажность

    5. свет

    6. *паразитизм

  • Заполните пропуск. Влияние урожая плодов и семян на изменение численности мышевидных грызунов, белок, птиц — это пример________экологического фактора.

    1. *биотического

    2. климатического

    3. антропогенного

    4. абиотического

  • Совокупность воздействий леса на организмы и среду- это ___________ экологические факторы…

    1. климатические

    2. орографические

    3. *биотические

    4. абиотические

  • Почвообразовательная деятельность бактерий – это ______________ фактор среды

    1. физический

    2. *биотический

    3. абиотические

    4. климатический

  • Прямое или косвенное (через изменение среды) влияние растений на другие организмы, относится к ________ факторам

    1. зоогенным

    2. *фитогенным

    3. эдафическим

    4. орографическим

  • (Более 1 ответа) Отметьте антропогенные факторы:

    1. длина дня

    2. *внесение фосфорных удобрений

    3. численность паразитов

    4. конкуренция

    5. *вырубка леса

  • К антропогенным экологическим факторам относится…

    1. *парниковый эффект

    2. паразитизм

    3. нейтрализм

    4. хищничество

  • Группа экологических факторов, к которой относятся такие компоненты внешней среды как вырубка лесов, осушение болот, распашка земель, называется __________ факторами.

    1. *антропогенными

    2. абиотическими

    3. непериодическими

    4. биотическими

  • Пожар является ____________фактором.

    1. биотическим

    2. климатическим

    3. эдафическим

    4. *пирогенным

  • Факторы среды, не участвующие прямо в тех или иных физиологических процессах, но существенно изменяющие воздействие других факторов, называются…

    1. *модифицирущими

    2. транспирирующими

    3. динамическими

    4. статическими

  • Укажите соответствие между группами экологических факторов и их видами. 1. Абиотические 2. Биотические. 3. Антропогенные

    1. Техногенные -3

    2. Микогенные — 2

    3. Эдафогенные — 1

  • Укажите соответствие между группами экологических факторов и их видами. 1. Абиотические 2. Биотические. 3. Антропогенные

    1. внутривидовые 2

    2. косвенные 3

    3. гидрологические 1

  • Установите соответствие между группами экологических факторов и их видами. 1-климатические, 2-эдафические, 3 –химические.

    1. концентрация солей -3

    2. атмосферное давление -1

    3. влагоемкость почв -2

  • Установите соответствие между группами экологических факторов и их видами. 1-климатические, 2-эдафические, 3 –химические.

    1. движение воздуха -1

    2. воздухопроницаемость почв -2

    3. кислотность среды -3

  • Установите соответствие между группами экологических факторов и их видами. 1-абиотические, 2-биотические, 3 –антропогенные.

    1. фитогенные (2)

    2. урбанизация (3)

    3. климатические (1)

  • Установите соответствие между группами экологических факторов и их видами.

    1. Абиотические а) влажность

    2. Биотические б) паразитизм

    3. Антропогенные в) вырубка лесов

  • Установите соответствие между группами экологических факторов и их видами

    1. Климатические б) плотность почв

    2. Эдафические в) газовый состав воздуха

    3. Химические а) температура

  • Среды обитания организмов. Факторы среды: абиотические, биотические. Антропогенный фактор. Закон оптимума. Закон минимума. Биологические ритмы. Фотопериодизм

    Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: абиотические факторы, антропогенные факторы, биогеоценоз, биологические ритмы, биомасса, биотические факторы, зона оптимума, консументы, ограничивающий фактор, пищевые цепи, пищевые сети, плотность популяций, пределы выносливости, продуктивность, продуценты, репродуктивный потенциал, сезонные ритмы, суточные ритмы, фотопериодизм, экологические факторы, экология.

    Любой организм находится под прямым или косвенным воздействием условий окружающей среды. Эти условия называются экологическими факторами. Все факторы подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

    К абиотическим факторам – или факторам неживой природы, относятся климатические, температурные условия, влажность, освещенность, химический состав атмосферы, почвы, воды, особенности рельефа.

    К биотическим факторам относятся все организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности. Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения, как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения, соответственно подразделяются на внутривидовые и межвидовые.

    Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку. Так же они проявляются в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.

    Межвидовые отношения могут быть симбиотическими, хищническими, паразитическими.

    Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется, практически, на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, “парниковый эффект”, связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, “кислотные дожди” и т.д.

    Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

    Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

    Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например, снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

    Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости, или выходит за них называется ограничивающим.

    Организмы, способны существовать как в широких пределах колебания фактора, так и в узких. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения. В узких пределах колебания фактора, т.е. в относительно постоянных условиях, существуют паразитические или сим– биотические формы. Ареал таких организмов ограничен.

    Биологические ритмы. Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. К внешним факторам относятся – изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений. Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Эти же факторы определяют время наступления перелетов птиц, линьку животных и т.д.

    Фотопериодизм – фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды. Длина светового дня для многих организмов является сигналом смены сезонов. Очень часто на организм оказывает влияние сочетание факторов, и если какой либо из них является ограничивающим, то влияние фотопериода снижается или не проявляется вовсе. При низких температурах, например растения не зацветают.

    ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

    Часть А

    А1. Организмы, как правило, приспосабливаются

    1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам

    2) к одному, важнейшему для организма фактору

    3) ко всему комплексу экологических факторов

    4) в основном, к биотическим факторам

    А2. Ограничивающим называется фактор

    1) снижающий выживаемость вида

    2) наиболее приближенный к оптимальному

    3) с широким диапазоном значений

    4) любой антропогенный

    А3. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать

    1) скорость течения воды

    2) повышение температуры воды

    3) пороги в ручье

    4) длительные дожди

    А4. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях

    1) хищнических 2) паразитических

    3) нейтральных 4) симбиотических

    А5. Биологическим оптимумом называется положительное действие

    1) биотических факторов

    2) абиотических факторов

    3) всех видов факторов

    4) антропогенных факторов

    А6. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к

    1) саморегуляции 3) охране потомства

    2) анабиозу 4) высокой плодовитости

    А7. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой

    природе, – это

    1) атмосферное давление 3) влажность воздуха

    2) долгота дня 4) температура воздуха

    А8. К антропогенному фактору относится

    1) конкуренция двух видов за территорию

    2) ураган

    3) содержание кислорода в атмосфере

    4) сбор ягод

    А9. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается

    1) домашняя лошадь 3) бычий цепень

    2) майский жук 4) человек

    А10. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает

    1) прудовая лягушка 3) песец

    2) ручейник 4) пшеница

    Часть В

    В1. К биотическим факторам относят

    1) органические остатки растений и животных в почве

    2) количество кислорода в атмосфере

    3) симбиоз, квартиранство, хищничество

    4) фотопериодизм

    5) смена времен года

    6) численность популяции

    Часть С

    С1. Почему необходимо очищать сточные воды, перед попаданием их в водоемы?

    Тестирование для участников выездной школы АПО по экологии (3-10 августа) Survey

    Тестирование для участников выездной школы АПО по экологии (3-10 августа) Survey

    Question Title

    * 1. Наука о взаимодействии живых организмов между собой и с окружающей средой — это:
    OK

    Question Title

    * 2. Термин «экология» ввел ученый:
    OK

    Question Title

    * 3. Свет, вода, состав почвы, температура, воздух относятся к:
    OK

    Question Title

    * 4. Фактор, интенсивность которого наиболее благоприятна для жизнедеятельности организма, называют:
    OK

    Question Title

    * 5. Половая структура популяций отражает:
    OK

    Question Title

    * 6. Примером комменсализма являются взаимоотношения:
    OK

    Question Title

    * 7. Какие организмы относятся к консументам первого порядка?
    OK

    Question Title

    * 8. Кто из следующих организмов является продуцентом?
    OK

    Question Title

    * 9. Назовите компоненты следующей трофической цепи “осина — заяц — лиса”:
    OK

    Question Title

    * 10. Основным энергетическим источником для жизни на Земле является:
    OK

    Question Title

    * 11. Уменьшение толщины озонового слоя в верхних слоях атмосферы приводит к повышению уровня заболеваний:
    OK

    Question Title

    * 12. Начиная с XVII века основным фактором сокращения биологического разнообразия биосферы является…
    OK

    Question Title

    * 13. В настоящее время наиболее перспективным способом утилизации бытовых отходов с точки зрения безопасности окружающей среды считается:
    OK

    Question Title

    * 14. В соответствии с режимом особой охраны, на территории государственных природных заповедников допускается:
    OK

    Question Title

    * 15. К фитогенным факторам не относятся:
    OK

    Question Title

    * 16. Продолжительность светового дня оказалась «удобным» фактором-регулятором биологических ритмов, так как она:
    OK

    Question Title

    * 17. Нарастание численности популяции тормозится рядом факторов:
    OK

    Question Title

    * 18. Отношения типа «хищник-жертва» ведут у хищников к выработке следующих адаптаций:
    OK

    Question Title

    * 19. Второй трофический уровень в экосистеме смешанного леса занимают:
    OK

    Question Title

    * 20. В биогеоценозе гетеротрофы, в отличие от автотрофов:
    OK

    Question Title

    * 21. Зеленая революция стала следствием:
    OK

    Question Title

    * 22. Животный мир выполняет следующие экологические функции:
    OK

    Question Title

    * 23. Верны ли утверждения:

    А) Первый национальный парк был создан в Европе
    В) Первый национальный парк был создан в США

    OK

    Question Title

    * 24. Верны ли утверждения:

    А) Растения в пищевой цепи выполняют функцию первичных потребителей
    В) Растения в пищевой цепи выполняют функцию вторичных потребителей

    OK

    Question Title

    * 25. Верны ли утверждения:

    А) Солнечный свет относится к биотическим факторам окружающей среды.
    В) Солнечный свет относится к абиотическим факторам окружающей среды

    OK

    Question Title

    * 26. Верны ли утверждения:

    А) Наибольший вклад в образование кислотных осадков вносит сернистный газ
    В) Наибольший вклад в образование кислотных осадков вносит угарный газ

    OK

    Question Title

    * 27. Верны ли утверждения:

    А) Фотопериодизм свойствен растениям и животным во всех природных зонах земного шара
    В) Фотопериодизм свойствен растениям и животным только умеренной зоны

    OK

    Question Title

    * 28. Соотнесите характерные адаптации и среды обитания (см. таблицу ниже). 
    OK
    Question Title
    OK

    Question Title

    * 29. Соотнесите характерные адаптации и среды обитания (см. таблицу ниже).
    OK
    Question Title
    OK

    Question Title

    * 30. Установите соответствие между функциями компонентов биогеоценоза и компонентами (см. таблицу ниже).
    OK
    Question Title
    OK

    Question Title

    * 31. Введите фамилию и имя)
    OK

    ГОТОВО

    0 из 31 с ответом

    T

    Javascript is required for this site to function, please enable.

    абиотические, биотические. Антропогенный фактор. Закон оптимума. Закон минимума. Биологические ритмы. Фотопериодизм. Биология [Полный справочник для подготовки к ЕГЭ]

    7.1. Среды обитания организмов. Факторы среды: абиотические, биотические. Антропогенный фактор. Закон оптимума. Закон минимума. Биологические ритмы. Фотопериодизм

    Основные термины и понятия, проверяемые в экзаменационной работе: абиотические факторы, антропогенные факторы, биогеоценоз, биологические ритмы, биомасса, биотические факторы, зона оптимума, консументы, ограничивающий фактор, пищевые цепи, пищевые сети, плотность популяций, пределы выносливости, продуктивность, продуценты, репродуктивный потенциал, сезонные ритмы, суточные ритмы, фотопериодизм, экологические факторы, экология.

    Любой организм находится под прямым или косвенным воздействием условий окружающей среды. Эти условия называются экологическими факторами. Все факторы подразделяются на абиотические, биотические и антропогенные.

    К абиотическим факторам – или факторам неживой природы, относятся климатические, температурные условия, влажность, освещенность, химический состав атмосферы, почвы, воды, особенности рельефа.

    К биотическим факторам относятся все организмы и непосредственные продукты их жизнедеятельности. Организмы одного вида вступают в различные по характеру отношения, как друг с другом, так и с представителями других видов. Эти отношения, соответственно подразделяются на внутривидовые и межвидовые.

    Внутривидовые отношения проявляются во внутривидовой конкуренции за пищу, кров, самку. Так же они проявляются в особенностях поведения, иерархии отношений между членами популяции.

    Межвидовые отношения могут быть симбиотическими, хищническими, паразитическими.

    Антропогенные факторы связаны с деятельностью человека, под влиянием которой среда изменяется и формируется. Деятельность человека распространяется, практически, на всю биосферу: добыча полезных ископаемых, освоение водных ресурсов, развитие авиации и космонавтики сказываются на состоянии биосферы. В результате возникают разрушительные процессы в биосфере, к которым относятся загрязнение вод, «парниковый эффект», связанный с увеличением концентрации диоксида углерода в атмосфере, нарушения озонового слоя, «кислотные дожди» и т.д.

    Организмы адаптируются (приспосабливаются) к влиянию определенных факторов в процессе естественного отбора. Их адаптационные возможности определяются нормой реакции по отношению к каждому из факторов, как постоянно действующих, так и колеблющихся в своих значениях. Например, длина светового дня в конкретном регионе постоянна, а температура и влажность могут колебаться в достаточно широких пределах.

    Экологические факторы характеризуются интенсивностью действия, оптимальностью значения (оптимумом), максимальным и минимальным значениями, в пределах которых возможна жизнь конкретного организма. Эти параметры для представителей разных видов различны.

    Отклонение от оптимума какого-либо фактора, например, снижение количества пищи, может сузить пределы выносливости птиц или млекопитающих по отношению к понижению температуры воздуха.

    Фактор, значение которого в данный момент находится на пределах выносливости, или выходит за них называется ограничивающим.

    Организмы, способны существовать как в широких пределах колебания фактора, так и в узких. Например, организмы, обитающие в условиях континентального климата, переносят широкие колебания температур. Такие организмы обычно имеют широкие ареалы распространения. В узких пределах колебания фактора, т.е. в относительно постоянных условиях, существуют паразитические или сим– биотические формы. Ареал таких организмов ограничен.

    Биологические ритмы. Многие биологические процессы в природе протекают ритмично, т.е. разные состояния организма чередуются с достаточно четкой периодичностью. К внешним факторам относятся – изменение освещенности (фотопериодизм), температуры (термопериодизм), магнитного поля, интенсивности космических излучений. Рост и цветение растений зависят от взаимодействия между их биологическими ритмами и изменениями средовых факторов. Эти же факторы определяют время наступления перелетов птиц, линьку животных и т.д.

    Фотопериодизм – фактор, определяющий длину светового дня и в свою очередь влияющий на проявление других факторов среды. Длина светового дня для многих организмов является сигналом смены сезонов. Очень часто на организм оказывает влияние сочетание факторов, и если какой либо из них является ограничивающим, то влияние фотопериода снижается или не проявляется вовсе. При низких температурах, например растения не зацветают.

    ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

    Часть А

    А1. Организмы, как правило, приспосабливаются

    1) к нескольким, наиболее существенным экологическим факторам

    2) к одному, важнейшему для организма фактору

    3) ко всему комплексу экологических факторов

    4) в основном, к биотическим факторам

    А2. Ограничивающим называется фактор

    1) снижающий выживаемость вида

    2) наиболее приближенный к оптимальному

    3) с широким диапазоном значений

    4) любой антропогенный

    А3. Ограничивающим фактором для ручьевой форели может стать

    1) скорость течения воды

    2) повышение температуры воды

    3) пороги в ручье

    4) длительные дожди

    А4. Актиния и рак-отшельник находятся в отношениях

    1) хищнических 2) паразитических

    3) нейтральных 4) симбиотических

    А5. Биологическим оптимумом называется положительное действие

    1) биотических факторов

    2) абиотических факторов

    3) всех видов факторов

    4) антропогенных факторов

    А6. Наиболее важным приспособлением млекопитающих к жизни в непостоянных условиях среды можно считать способность к

    1) саморегуляции 3) охране потомства

    2) анабиозу 4) высокой плодовитости

    А7. Фактор, вызывающий сезонные изменения в живой

    природе, – это

    1) атмосферное давление 3) влажность воздуха

    2) долгота дня 4) температура воздуха

    А8. К антропогенному фактору относится

    1) конкуренция двух видов за территорию

    2) ураган

    3) содержание кислорода в атмосфере

    4) сбор ягод

    А9. Воздействию факторов с относительно постоянными значениями подвергается

    1) домашняя лошадь 3) бычий цепень

    2) майский жук 4) человек

    А10. Более широкой нормой реакции по отношению к сезонным колебаниям температуры обладает

    1) прудовая лягушка 3) песец

    2) ручейник 4) пшеница

    Часть В

    В1. К биотическим факторам относят

    1) органические остатки растений и животных в почве

    2) количество кислорода в атмосфере

    3) симбиоз, квартиранство, хищничество

    4) фотопериодизм

    5) смена времен года

    6) численность популяции

    Часть С

    С1. Почему необходимо очищать сточные воды, перед попаданием их в водоемы?

    Данный текст является ознакомительным фрагментом.

    Продолжение на ЛитРес

    Антропогенные, экологические и генетические факторы исчезновения и сохранения

  • Аллее, В. К., А. Э. Эмерсон, О. Парк, Т. Парк и К. П. Шмидт (1949) Принципы экологии животных . Сондерс, Филадельфия.

    Google Scholar

  • Андреассен, Х. П., С. Халле и Р. А. Имс (1996) Оптимальная ширина коридоров передвижения для полевок-экономок: не слишком узкие и не слишком широкие. Журнал прикладной экологии 33 : 63–70.

    Google Scholar

  • Эндрюарта, Х. Г. и Л. К. Берч (1954) Распределение и численность животных . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

    Google Scholar

  • Аллендорф, Ф. В. и Р. С. Ваплес (1996) Сохранение и генетика лососевых рыб, стр. 238–280. В J. C. Avise и J. L. Hamrick (ред.) Генетика сохранения: истории болезни от природы .Чепмен и Холл, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • Арнольд, С. Дж. (1995) Мониторинг количественной генетической изменчивости и эволюции популяций в неволе. С. 295–317. В J. Ballou, M. Gilpin и T. J. Foose (ред.) Управление популяцией для выживания и восстановления: аналитические методы и стратегии в небольших популяциях . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • Аткинсон, И.(1989) Интродуцированные животные и исчезновения. С. 59–75. В Д. Вестерн и М. Перл (ред.) Сохранение в двадцать первом веке . Издательство Оксфордского университета, Оксфорд.

    Google Scholar

  • Беддингтон, Дж. Р. и Р. М. Мэй (1977) Сбор популяций в случайно изменяющейся среде. Наука 197 : 463–465.

    PubMed Google Scholar

  • Браун, Дж.Х. и А. Кодрич-Браун (1977) Скорость оборота в островной биогеографии: влияние иммиграции на вымирание. Экология 58 : 445–449.

    Google Scholar

  • Burkey, T. V. (1989) Вымирание в заповедниках: эффект фрагментации и важность миграции между фрагментами заповедников. Ойкос 55 : 75–81.

    Google Scholar

  • Берки, Т.V. (1995) Темпы исчезновения на архипелагах: последствия для популяций в фрагментированных местообитаниях. Биология сохранения 9 : 527–541.

    Google Scholar

  • Бюргер Р. и Р. Ланде (1994) О распределении среднего и дисперсии количественного признака при балансе мутации-отбора-дрейфа. Генетика 138 : 901–912.

    PubMed Google Scholar

  • Бюргер, Р.и М. Линч (1995) Эволюция и вымирание в изменяющейся окружающей среде: количественно-генетический анализ. Evolution 49 : 151–163.

    Google Scholar

  • Caughley, G. (1994) Направления природоохранной биологии. Журнал экологии животных 63 : 215–244.

    Google Scholar

  • Коли, Г.и А. Ганн (1996) Биология сохранения в теории и практике . Blackwell Science, Лондон.

    Google Scholar

  • Charlesworth, D. и B. Charlesworth (1987) Инбридинговая депрессия и ее эволюционные последствия. Ежегодный обзор экологии и систематики 18 : 237–268.

    Google Scholar

  • Кларк, К.W. (1973) Экономика чрезмерной эксплуатации. Наука 181 : 630–634.

    PubMed Google Scholar

  • Кларк, К. У. (1990) Математическая биоэкономика , 2-е изд. Вили, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • Куп, Г. Р. (1979) Позднекайнозойские ископаемые Coleoptera: эволюция, биогеография и экология. Ежегодный обзор экологии и систематики 10 : 247–267.

    Google Scholar

  • Кроу, Дж. Ф. и М. Кимура (1970) Введение в теорию популяционной генетики . Харпер и Роу, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • DeMauro, M. M. (1993) Связь системы разведения с редкостью у Lakeside Daisy (Hymenoxys acaulis var. Glabra) . Биология сохранения 7 : 542–550.

    Google Scholar

  • Доук Д. (1989) Пятнистые совы и вырубка старых лесов на северо-западе Тихого океана. Биология сохранения 3 : 389–396.

    Google Scholar

  • Добсон, А. П. и Р. М. Мэй (1986) Болезни и сохранение. С. 345–365. В М. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии .Синауэр, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Добжанский, г. (1970) Генетика эволюционного процесса . Издательство Колумбийского университета, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • Endler, J. (1977) Географические вариации, видообразование и кино . Издательство Принстонского университета, Принстон.

    Google Scholar

  • Фальконер, Д.S. and T. F. C. Mackay (1996) Введение в количественную генетику , 4-е изд. Лонгман, Лондон.

    Google Scholar

  • Frankham, R. (1995a) Инбридинг и исчезновение: пороговый эффект. Биология сохранения 9 : 792–799.

    Google Scholar

  • Frankham, R. (1995b) Соотношение между эффективным размером популяции и размером взрослой популяции в дикой природе: обзор. Генетические исследования 66 : 95–107.

    Google Scholar

  • Франклин И. Р. (1980) Эволюционные изменения в малых популяциях, стр. 135–149. В М. Суле и Б. А. Уилкокс (ред.) Биология сохранения: эволюционно-экологическая перспектива . Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Гилпин, М.Э. и М. Э. Суле (1986) Минимальные жизнеспособные популяции: процессы исчезновения видов, стр. 19–34. В М. Э. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии . Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Гомулкевич Р. и Р. Д. Холт (1995) Когда эволюция путем естественного отбора предотвращает вымирание? Evolution 49 : 201–207.

    Google Scholar

  • Грант, П.Р. и Т. Д. Прайс (1981) Популяционная изменчивость по постоянно меняющимся признакам как проблема экологической генетики. Американский зоолог 21 : 795–811.

    Google Scholar

  • Грумбридж Б. (ред.) (1992) Глобальное биоразнообразие: состояние живых ресурсов Земли . Чепмен и Холл, Лондон.

    Google Scholar

  • Ганский, И.и М. Э. Гилпин (ред.) (1997) Биология метапопуляции . Academic Press, Лондон.

    Google Scholar

  • Hanski, I. and M. Gyllenberg (1993) Две общие модели метапопуляции и гипотеза основных спутников. Американский натуралист 142 : 17–41.

    Google Scholar

  • Hanski, I., J. Poyry, T. Pakkala и M.Кууссаари (1995) Множественные равновесия в динамике метапопуляции. Природа 377 : 618–621.

    CAS Google Scholar

  • Хедрик П. В. (1995) Поток генов и генетическое восстановление: Флоридская пантера в качестве примера. Биология сохранения 9 : 996–1007.

    Google Scholar

  • Хедрик, П.W. (1996) Узкое место (я) или метапопуляция у гепардов. Биология сохранения 10 : 897–899.

    Google Scholar

  • Гесс, Г. (1996) Болезнь в моделях метапопуляции: значение для сохранения. Экология 77 : 1617–1632.

    Google Scholar

  • Hoelzel, A. R., J. Halley, S.Дж. О’Брайен, К. Кампанья, Т. Арнбом, Б. Лебёф, К. Рейлс и Г. А. Довер (1993) Генетическая изменчивость морского слона и использование имитационных моделей для исследования исторических узких мест в популяции. Журнал наследственности 84 : 443–449.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Хименес, Дж. А., К. А. Хьюз, Г. Алакс, Л. Грэм и Р. К. Лейси (1994) Экспериментальное исследование инбридинговой депрессии в естественной среде обитания. Наука 266 : 271–273.

    PubMed Google Scholar

  • Кейтли П. Д. (1994) Распределение эффектов мутации на жизнеспособность у Drosophila melanogaster . Генетика 138 : 1315–1322.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Келлер, Л. Ф., П. Арсезе, Дж.Н. М. Смит, В. М. Хочачка и С. С. Стернс (1994) Селекция против инбредных певчих воробьев во время естественного ограничения популяции. Природа 372 : 356–357.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Кирстед, Х. и Л. Б. Слободкин (1953) Размеры водных масс, содержащих цветение планктона. Журнал морских исследований 12 : 141–147.

    Google Scholar

  • Лейси, Р.К., А. Петрич и М. Варнеке. (1993) Инбридинг и аутбридинг в неволе диких видов животных, стр. 352–374. В Н. В. Торнхилл (ред.) Естественная история инбридинга и аутбридинга: теоретические и эмпирические перспективы . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. (1987) Пороги вымирания в демографических моделях территориальных популяций. Американский натуралист 130 : 624–635.

    Google Scholar

  • Ланде Р. (1988a) Демографические модели северной пятнистой совы (Strix occidentalis caurina) . Экология 75 : 601–607.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. (1988b) Генетика и демография в биологическом сохранении. Наука 241 : 1455–1460.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Ланде, Р. (1993) Риски вымирания населения из-за демографической и экологической стохастичности и случайных катастроф. Американский натуралист 142 : 911–927.

    Google Scholar

  • Lande, R. (1994) Риск исчезновения популяции из-за фиксации новых вредных мутаций. Evolution 48 : 1460–1469.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. (1995) Мутация и сохранение. Биология сохранения 9 : 782–791.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. (1998) Демографическая стохастичность и эффект Аллее на шкале с изотропным шумом. Ойкос 83 : 353–358.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. и Дж. Ф. Барроукло (1987) Эффективный размер популяции, генетическая изменчивость и их использование в управлении популяциями. С. 87–123. В М. Суле (ред.) Жизнеспособные популяции для сохранения . Издательство Кембриджского университета, Кембридж.

    Google Scholar

  • Ланде, Р., С. Энген и Б. Э. Сётер (1994) Оптимальный сбор урожая, экономическое дисконтирование и риск исчезновения в изменчивых популяциях. Природа 372 : 88–90.

    CAS Google Scholar

  • Lande, R., S. Engen and B. -E. Sther (1995) Оптимальная добыча изменяющихся популяций с риском исчезновения. Американский натуралист 145 : 728–745.

    Google Scholar

  • Lande, R., S. Engen and B. -E. Ssether (1998) Время исчезновения в моделях конечной метапопуляции со стохастической локальной динамикой. Ойкос 83 : 383–389.

    Google Scholar

  • Ланде Р. и Д. В. Шемске (1984) Эволюция самооплодотворения и инбридинговой депрессии у растений. I. Генетические модели. Evolution 39 : 24–40.

    Google Scholar

  • Ланде, Р., Д. В. Шемске и С. Т. Шульц (1994) Высокая депрессия инбридинга, избирательное вмешательство среди локусов и пороговая скорость самоопыления для очистки рецессивных летальных мутаций. Evolution 48 : 965–978.

    Google Scholar

  • Ланде, Р. и С. Шеннон (1996) Роль генетической изменчивости в адаптации и устойчивости популяции в изменяющейся окружающей среде. Evolution 50 : 434–437.

    Google Scholar

  • Lande, R., B. -E. Сётер и С. Энген (1997) Пороговый сбор для устойчивости колеблющихся ресурсов. Экология 78 : 1341–1350.

    Google Scholar

  • Левин Д. А., Дж. Франсиско-Ортега и Р. К. Янсен (1996) Гибридизация и исчезновение редких видов растений. Биология сохранения 10 : 10–16.

    Google Scholar

  • Левинс Р. (1970) Вымирание. С. 77–107. В м.Герстенхабер (ред.) Некоторые математические проблемы биологии . Американское математическое общество, Провиденс.

    Google Scholar

  • Левонтин, Р. К. и Л. К. Берч (1966) Гибридизация как источник вариаций для адаптации к новым условиям. Evolution 20 : 315–336.

    Google Scholar

  • Лопес, М. А. и К.Lopez-Fanjul (1993a) Спонтанная мутация количественного признака у Drosophila melanogaster. I. Ответ на искусственный отбор. Генетические исследования 61 : 107–116.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Lopez, M. A. and C. Lopez-Fanjul (1993b) Спонтанная мутация количественного признака у Drosophila melanogaster . II. Распределение мутантных эффектов по признаку и приспособленности. Генетические исследования 61 : 117–126.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Лавджой, Т.Э., Р.О. Биррегаард, мл., А.Б. Райлендс, Дж. Р. Малкольм, К. Э. Квинтела, Л. Х. Харпер, К. С. Браун, младший, А. Х. Пауэлл, Г. В. Н. Пауэлл, Х. О. Р. Шубарт и М. Б. Хейс (1986) Edge и другие эффекты изоляции на фрагментах лесов Амазонки, стр. 257–285. В М. Суле (ред.) Биология сохранения: наука о редкости и разнообразии .Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Людвиг, Д., Р. Хилборн и К. Уолтерс (1993) Неопределенность, эксплуатация и сохранение ресурсов: уроки истории. Наука 260 : 17, 36.

    Google Scholar

  • Линч, М., Дж. Конери и Р. Бургер (1995a) Мутационный кризис в сексуальных популяциях. Evolution 49 : 1067–1080.

    Google Scholar

  • Линч М., Дж. Конери и Р. Бюргер (1995b) Накопление мутаций и исчезновение небольших популяций. Американский натуралист 146 : 489–518.

    Google Scholar

  • Линч М. и Р. Ланде (1993) Эволюция и вымирание в ответ на изменение окружающей среды. С. 234–250. В Кариева П., Р.Хьюи и Дж. Кингсолвер (ред.) Биотические взаимодействия и глобальные изменения . Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Макартур Р. Х. и Э. О. Уилсон (1967) Теория островной биогеографии . Издательство Принстонского университета, Принстон.

    Google Scholar

  • Маккей Т.Ф.С., Р.Ф. Лайман и М.С. Джексон (1992) Влияние введения элемента P на количественные признаки у Drosophila melanogaster . Генетика 130 : 315–332.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Малакофф Д. (1997) Вымирание в открытом море. Наука 277 : 486–488.

    CAS Google Scholar

  • Маруяма Т. и М. Кимура (1980) Генетическая изменчивость и эффективный размер популяции при частом локальном исчезновении и повторном заселении субпопуляций. Труды Национальной академии наук США 77 : 6710–6714.

    Google Scholar

  • Мэй, Р. М. (1976) Промысел популяций китов и рыб. Природа 263 : 91–92.

    Google Scholar

  • Мэй, Р. М., Дж. Р. Беддингтон, Дж. У. Хорвуд и Дж. Г. Шеперд (1978) Использование природных популяций в неопределенном мире. Математические биологические науки 42 : 219–252.

    Google Scholar

  • МакКелви К., Б. Р. Нун и Р. Х. Ламберсон (1993) Планирование сохранения видов, населяющих фрагментированные ландшафты: пример северной пятнистой совы. С. 424–450. В П. Кариева, Р. Хьюи и Дж. Кингсолвер (ред.) Биотические взаимодействия и глобальные изменения . Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Миллер, Г.Т., младший (1990) Жизнь в окружающей среде , 6 изд. Уодсворт, Бельмонт.

    Google Scholar

  • Майерс, Р. А., Дж. Бридсон и Н. Дж. Барроумен (1995) Сводка мировых данных по производителям и пополнению. Canadian Technical Report of Fisheries and Aquatic Sciences 2024.

  • Nehlsen, W., J.E. Williams и J. A. Lichatowich (1991) Тихоокеанский лосось на перекрестке: популяции, находящиеся под угрозой из Калифорнии, Орегона, Айдахо и Вашингтона. Рыболовство 16 : 4–21.

    Google Scholar

  • ODEC (1991) Состояние окружающей среды . Организация экономического сотрудничества и развития, Париж.

    Google Scholar

  • Окубо А. (1980) Распространение и экологические проблемы: математические модели . Springer-Verlag, Берлин.

    Google Scholar

  • Пис, К.М., Р. Ланде и Дж. Дж. Булл (1989) Модель роста, расселения и эволюции популяции в изменяющейся окружающей среде. Экология 70 : 1657–1664.

    Google Scholar

  • Петерс, Р. Л. и Т. Э. Лавджой (1992) Глобальное потепление и биологическое разнообразие . Издательство Йельского университета, Нью-Хейвен и Лондон.

    Google Scholar

  • Пимм, С.Л. (1991) Равновесие природы? Издательство Чикагского университета, Чикаго.

    Google Scholar

  • Рельсы, К. и Дж. Д. Баллоу (1983) Вымирание: уроки зоопарков. С. 164–184. В г. Шоневальд-Кокс, С. М. Чемберс, Б. Макбрайд и В. Л. Томас (ред.) Генетика и сохранение: справочник по управлению популяциями диких животных и растений . Бенджамин / Каммингс, Менло-Парк.

    Google Scholar

  • Ратнер, С., Р. Ланде и Б. Б. Ропер (1997) Анализ жизнеспособности популяции весенней чавычи в реке Саут-Ампкуа, штат Орегон. Биология сохранения 11 : 879–889.

    Google Scholar

  • Робинсон, С. К., Ф. Р. Томпсон III, Т. М. Донован, Д. Р. Уайтхед и Дж. Фаборг (1995) Региональная фрагментация лесов и успех гнездования перелетных птиц. Наука 267 : 1987–1990.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Roush, R. T. и J. A. McKenzie (1987) Экологическая генетика устойчивости к инсектицидам и акарицидам. Ежегодный обзор энтомологии 32 : 361–380.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Редфорд, К. Х. (1992) Пустой лес. BioScience 42 : 412–422.

    Google Scholar

  • Рихтер-Дин, Н. и Н. С. Гоэль (1972) Об исчезновении колонизирующих видов. Теоретическая популяционная биология 3 : 406–433.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Розенберг А.А., М. Дж. Фогарти, М. П. Сиссенвайн, Дж. Р. Беддингтон и Дж. Г. Шеперд (1993) Достижение устойчивого использования возобновляемых ресурсов. Наука 262 : 828–829.

    PubMed Google Scholar

  • Зеехаузен, О., Дж. Ван Альфен и Ф. Витте (1997) Разнообразию цихлид угрожает эвтрофикация, ограничивающая половой отбор. Наука 277 : 1808–1811.

    CAS Google Scholar

  • Симмонс, М. Дж. И Дж. Ф. Кроу (1977) Мутации, влияющие на приспособленность в популяциях Drosophila . Ежегодный обзор генетики 11 : 49–78.

    PubMed CAS Google Scholar

  • Смит Ф. А., Дж. Л. Бетанкур и Дж. Х. Браун (1995) Эволюция размеров тела лесной крысы за последние 25 000 лет изменения климата. Наука 270 : 2012–2014.

    CAS Google Scholar

  • Суле, М.(1980) Пороги выживания: поддержание приспособленности и эволюционного потенциала, стр. 151–169. В М. Суле и Б. А. Уилкокс (ред.) Биология сохранения: эволюционно-экологическая перспектива . Sinauer Associates, Сандерленд.

    Google Scholar

  • Стокс, Т.К., Дж. М. Макглейд и Р. Лоу (ред.) (1993) Эксплуатация развивающихся ресурсов . Конспект лекций по биоматематике, т. 99. Springer-Verlag, Берлин.

    Google Scholar

  • Томас, Дж. У., Э. Д. Форсман, Дж. Б. Линт, Э. К. Меслоу, Б. Р. Нун и Дж. Вернер (1990) Стратегия сохранения северной пятнистой совы . Типография правительства США, Вашингтон, округ Колумбия

    Google Scholar

  • Витаусек П. М. (1988) Разнообразие и биологические инвазии океанических островов, стр. 181–189. В г.О. Уилсон (ред.) Биоразнообразие . Национальная академия прессы, Вашингтон, округ Колумбия.

    Google Scholar

  • Уэйн, Р. К. (1996) Генетика сохранения у Canidae. С. 75–118. В Дж. К. Авис и Дж. Л. Хэмрик (ред.) Сохранение генетики: истории болезни природы . Чепмен и Холл, Нью-Йорк.

    Google Scholar

  • Райт, С. (1940) Селекционная структура популяций по отношению к видообразованию. Американский натуралист 74 : 232–248.

    Google Scholar

  • Райт, С. (1969) Генетика и эволюция популяций. Vol. 2. Теория частот генов . Издательство Чикагского университета, Чикаго.

    Google Scholar

  • Янг, Т. П. (1994) Естественная гибель крупных млекопитающих: значение для сохранения. Биология сохранения 8 : 410–418.

    Google Scholar

  • Антропогенное изменение климата | МЕТЕО 3: Введение в метеорологию

    Естественные движущие силы изменения климата, которые мы рассмотрели в последнем разделе, не раскрывают всей истории изменения климата, потому что они не могут объяснить наблюдаемые изменения температуры, которые произошли с конца 1800-х годов (особенно потепление в последний период). 50 лет или около того).Итак, должны быть другие факторы, влияющие на климат Земли. Хотя вы уже видели некоторые способы, которыми люди могут влиять на погоду и климат на местном уровне, теперь мы собираемся посмотреть, как деятельность человека может влиять на климат в глобальном масштабе.

    Эти антропогенные изменения климата называются « антропогенное изменение климата » (антропогенное означает антропогенное изменение климата). Основным компонентом антропогенного изменения климата является глобальное потепление , которое относится к постепенное потепление земли, вызванное неестественным (антропогенным) усилением парникового эффекта, поскольку концентрации парниковых газов увеличиваются, главным образом, из-за сжигания ископаемое топливо (уголь, нефть и природный газ).Чтобы изучить этот вклад в изменение климата, давайте сначала кратко рассмотрим парниковый эффект.

    Помните, что так называемые «парниковые газы», ​​такие как водяной пар, углекислый газ, метан и закись азота, поглощают и испускают инфракрасное излучение, а вклад нисходящего инфракрасного излучения парниковых газов в нагревание планеты называется парниковым эффектом. Если вы помните из нашего исследования энергетических бюджетов, выбросы облаков и невидимые парниковые газы способствовали появлению «нисходящих инфракрасных» следов на наших энергетических графиках, подобных приведенному ниже из Университета штата Пенсильвания.Этот конкретный график был получен в совершенно солнечный день 11 марта 2012 года, поэтому инфракрасное излучение в нисходящем направлении в основном связано с парниковыми газами.

    График, показывающий нисходящее солнечное (красная линия) и нисходящее инфракрасное (синяя линия) излучение в Университете штата Пенсильвания 11 марта 2012 г. Поскольку в этот день в основном было ясное небо, большая часть нисходящего инфракрасного излучения исходила из невидимой атмосферной «теплицы». газы.

    Кредит: Лаборатория исследования системы Земля

    Без парниковых газов Земля была бы намного, намного холоднее; его средняя температура будет почти на 60 градусов по Фаренгейту ниже! Парниковый эффект естественен, и вызываемое им потепление необходимо для поддержания жизни, какой мы ее знаем на Земле.Но после промышленной революции в конце 1700-х годов люди стали сжигать богатые углеродом «ископаемые» виды топлива, такие как уголь, нефть и природный газ, в больших масштабах, выбрасывая в атмосферу дополнительный углекислый газ. Выбросы углекислого газа росли очень медленно и постепенно в 1800-х годах, но с ростом населения и все еще значительной зависимостью от ископаемого топлива сегодня глобальные выбросы углекислого газа выросли (Фото: Министерство энергетики США) более чем в десять раз с 1900 года по последние годы. . Доля мировой энергии, получаемой из ископаемого топлива, немного снизилась за последние десятилетия с ростом ядерной энергетики, ветра, солнца и других возобновляемых источников энергии, но все еще остается на уровне почти 80 процентов.

    До промышленной революции концентрация углекислого газа в атмосфере составляла около 280 частей на миллион, но за счет сжигания ископаемых видов топлива, таких как уголь, нефть и природный газ, люди добавили в атмосферу углекислый газ. Концентрация углекислого газа в атмосфере сейчас превышает 400 частей на миллион, и вы можете увидеть тенденцию к повышению концентрации углекислого газа в атмосфере с конца 1950-х годов в данных обсерватории Мауна-Лоа на Гавайях ниже.

    С конца 1950-х годов наблюдения в обсерватории Мауна-Лоа показывают увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Красная линия показывает сезонные колебания содержания углекислого газа в атмосфере (из-за фотосинтеза растений), а черная линия показывает устойчивую тенденцию к росту.

    Кредит: Лаборатория исследования системы Земля

    Помните, что углекислый газ является вторым по значимости парниковым газом (после водяного пара), поэтому увеличение его концентрации постепенно приводит к более сильному парниковому эффекту, что означает, что больше нисходящего инфракрасного излучения излучается в сторону Земли, вызывая дополнительное нагревание планеты (вызывая «глобальное глобальное потепление»). утепление »).Антропогенное усиление парникового эффекта, в частности, помогает объяснить потепление Земли примерно с 1970 года, когда основные естественные факторы изменения климата способствовали небольшому похолоданию.

    Хотя глобальное потепление в результате усиления парникового эффекта не появлялось в основных новостях до конца 1980-х и 1990-х годов, с научной точки зрения это вряд ли новая идея. Еще в 1903 году шведский ученый Сванте Аррениус (лауреат Нобелевской премии по химии) заметил, что сжигание богатого углеродом угля, вероятно, приведет к потеплению планеты из-за повышения концентрации углекислого газа.В то время его идеи в значительной степени игнорировались не потому, что другие ученые сомневались в парниковом эффекте (действительно, знания о теплице можно проследить до исследования Юнис Фут в 1856 году и работы Джона Тиндалла в 1859 году), а из-за неполного знания углерода Земли. цикл, который мы изучим более подробно в ближайшее время.

    Хотя концентрация углекислого газа в атмосфере изменяется естественным образом (как и многие аспекты земной системы), исследования исторического состава атмосферы, основанные на пузырьках воздуха, захваченных в ледяных кернах, показывают, что современные концентрации углекислого газа беспрецедентны за сотни тысяч лет. .Как видно из приведенного ниже графика, концентрации углекислого газа в основном оставались в пределах примерно от 180 до 300 частей на миллион в течение сотен тысяч лет … примерно до 1950 года. С тех пор концентрация углекислого газа продолжала расти, и сейчас превышают 400 частей на миллион во многом благодаря сжиганию ископаемого топлива.

    В течение сотен тысяч лет содержание двуокиси углерода в атмосфере оставалось примерно от 180 до 300 частей на миллион… примерно до 1950 года. Последние данные на графике получены в результате прямых наблюдений на Мауна-Лоа. Данные до 1950-х годов получены на основе реконструкций состава атмосферы, основанных на пузырьках воздуха, захваченных в кернах льда, извлеченных из больших ледяных щитов.

    Предоставлено: НАСА

    .

    В то время как повышенная концентрация углекислого газа в результате деятельности человека привлекает много внимания, когда дело доходит до антропогенного изменения климата (по уважительной причине), влияние человека на климат на этом не заканчивается. Во-первых, углекислый газ — не единственный парниковый газ, концентрация которого увеличилась.Концентрации метана в атмосфере увеличились более чем вдвое с доиндустриальных времен, в первую очередь из-за разложения органических веществ (таких как углеродный мусор на свалках), сельскохозяйственных и биологических процессов (животноводство и выращивание риса — два примера), а также производства и распределение ископаемого топлива. Концентрация закиси азота также увеличилась с доиндустриальных времен, в основном за счет сельского хозяйства (добавление азота в почвы, который в конечном итоге попадает в атмосферу), а также за счет других различных видов промышленной деятельности, связанных со сжиганием твердых отходов и ископаемого топлива.

    Я должен добавить, что, хотя концентрации метана и закиси азота увеличились в результате деятельности человека, их концентрации остаются намного меньше, чем концентрация углекислого газа. Однако каждая молекула метана и закиси азота на самом деле более эффективно поглощает и испускает инфракрасное излучение, чем углекислый газ, поэтому, хотя их концентрации чрезвычайно малы, мы не можем игнорировать эти другие парниковые газы. Иногда в нашей атмосфере немного чего-то имеет большое значение!

    Чистым результатом увеличения выбросов парниковых газов в результате деятельности человека является то, что в настоящее время атмосфера сохраняет примерно на один процент больше энергии по сравнению с доиндустриальными временами.Это может показаться не таким уж большим, но увеличение эмиссии нисходящего инфракрасного излучения помогает объяснить потепление почти на 1 градус Цельсия (1,8 градуса по Фаренгейту), которое произошло во всем мире с 1970 года.

    Интересно, что не все аспекты человеческой деятельности и, в частности, сжигание ископаемого топлива приводят к потеплению в глобальном масштабе. Сжигание угля, нефти и природного газа также является источником загрязнения воздуха, включая серные газы и мельчайшие твердые частицы (сажа, зола и т. Д.).). Кроме того, серные газы (особенно диоксид серы) могут реагировать с другими веществами в атмосфере с образованием крошечных жидких капель или твердых частиц (аэрозолей), которые могут служить ядрами конденсации облаков. Чистый эффект этих аэрозолей (и любого последующего образования облаков) заключается в увеличении количества солнечной радиации, которая рассеивается обратно в космос, что снижает количество, поглощаемое поверхностью Земли. Таким образом, аэрозольные побочные продукты промышленной деятельности на самом деле способствуют охлаждению планеты.

    По оценкам ученых, в первой половине 20-го века большая часть антропогенного потепления из-за увеличения выбросов парниковых газов фактически компенсировалась уменьшением приходящей солнечной радиации из-за аэрозолей. Но с учетом того, что многие правительства к 1970-м годам ужесточили регулирование загрязнения воздуха (хороший пример — Закон о чистом воздухе 1970 года в Соединенных Штатах), в последние десятилетия аэрозоли имеют меньший охлаждающий эффект. Уменьшение содержания диоксида серы в атмосфере непосредственно полезно для здоровья человека (загрязнение воздуха плохо для вашей дыхательной системы), но оно увеличило скорость потепления Земли из-за деятельности человека, поскольку выбросы парниковых газов стали доминирующим фактором.

    Сводка

    Видео ниже (8:07) с участием доктора Кэтрин Хейхо, директора Центра климатических наук Техасского технологического университета, дает хорошее резюме того, как ученые пришли к пониманию того, что недавнее глобальное потепление вызвано деятельностью человека. Он объединяет многие темы, которые мы обсуждали в последних двух разделах. Однако перед просмотром я хочу сделать одно предостережение: Стремясь упростить тему, доктор Хейхо использует общие аналогии с парниковыми газами, сравнивая их с одеялами, которые «удерживают тепло».«Помните, что это чрезмерное упрощение и на самом деле не описывает, как эти газы поддерживают теплоту земли. Как вы узнали, эти газы важны, потому что они активно поглощают и излучают инфракрасное излучение. Другими словами, они больше похожи на обогреватели, а не одеяло (которое согревает вас, ограничивая конвекцию от вашего тела). Если вы помните об этом, я думаю, что видео поможет вам соединить части естественного и антропогенного изменения климата.

    Это ведь всего лишь часть естественного цикла, верно?

    Стенограмма видео: Это всего лишь часть естественного цикла, не так ли ?.

    КАТЕРИН ХЭЙХО: Все эти беспокойства о потеплении, когда это всего лишь естественный цикл. Климат всегда меняется. И сегодня ничем не отличается, правда? Если мы хотим понять, почему земля нагревается, имеет смысл начать с более внимательного изучения всех природных факторов, которые вызывали изменение климата в прошлом. Они виноваты в нынешнем потеплении? Или на этот раз у этих естественных подозреваемых есть алиби?

    Начнем с солнца. Мы получаем почти всю энергию от ближайшей звезды.И мы знаем, что энергия Солнца имеет тенденцию немного колебаться со временем, потому что Солнце на самом деле является переменной звездой. Когда его энергия увеличивается, земля становится немного теплее. Когда энергия солнца уменьшается, Земля становится немного холоднее.

    Что мы тогда видим, когда отслеживаем, как энергия солнца менялась с течением времени? Наблюдения показывают повторяющийся 11-летний цикл, который коррелирует с солнечными пятнами и солнечной активностью. Но наблюдения также показывают небольшое долгосрочное увеличение солнечной энергии в течение последнего столетия, то есть до 1970-х годов.С тех пор энергия солнца идет вниз, а не вверх.

    Итак, в первой половине 1900-х годов увеличение солнечной энергии действительно способствовало некоторому потеплению планеты, хотя и незначительно. Но за последние 40 или более лет произошло обратное. Если бы температура Земли контролировалась в основном изменениями солнечной энергии, мы бы охлаждались, а не нагревались. Так что солнце не может сейчас нас согреть. У него прекрасное алиби.

    А как насчет вулканов? Вулканы могут влиять на климат двумя способами.Во-первых, при извержении они могут выбросить в атмосферу огромное количество сажи, пыли и пепла. Если вулкан достаточно мощный, пыль и пепел могут достичь стратосферы, где частицы могут вращаться вокруг земного шара в течение месяцев и даже лет.

    Но вулканический пепел и пыль не согревают Землю. Вместо этого он действует как гигантский зонтик, отражая солнечную энергию обратно в космос, делая Землю более прохладной. Итак, очевидно, что извержения вулканов не могут быть причиной потепления.

    Каким вторым способом вулканы могут влиять на климат? Что ж, в геологически активных областях, таких как Сицилия или Йеллоустонский национальный парк, мощные удерживающие тепло газы, такие как углекислый газ и метан, могут просачиваться из глубины земной коры. Это может произойти во время извержений вулканов. Но большая часть этого на самом деле происходит из-за того, что они называют грязевыми вулканами или грязевыми куполами.

    Мы знаем, что эти газы — важная часть естественного одеяла Земли, которое держит нас почти на 60 градусов по Фаренгейту или более чем на 30 градусов по Цельсию выше, чем мы были бы в противном случае.Так являются ли улавливающие тепло газы, которые просачиваются из-под земли в этих областях, ответственны за наше нынешнее потепление? Ну нет. Оказывается, обычные вулканы, маленькие грязевые купола и другая геологическая активность производят около 1% углекислого газа и менее 15% метана, который мы, люди, производим каждый год. Итак, хотя это правда, что долгосрочная геологическая активность может нагревать планету, ее вклад за последние 100 лет в значительной степени минимален по сравнению с тем, сколько тех же газов производится людьми.

    Итак, если это не может быть солнце и не вулканы, как насчет природных циклов? Могут ли они быть причиной нашего нынешнего потепления? Природные циклы, такие как Эль-Ниньо и другие менее известные циклы, такие как Атлантическое многодесятилетнее колебание, являются частью изменчивости, встроенной в климатическую систему. Поскольку эти циклы являются внутренними для климатической системы, они не могут спонтанно генерировать тепло. Это нарушило бы фундаментальный физический закон сохранения энергии. Скорее, эти циклы влияют на температуру Земли, перераспределяя тепло по всему миру, обычно за счет изменения баланса тепла, накопленного в атмосфере по сравнению с океаном.

    Например, во время эпизода Ла-Нинья из атмосферы в океан передается больше тепла, поэтому средняя глобальная температура имеет тенденцию опускаться немного ниже средней. Напротив, во время года Эль-Ниньо больше тепла переносится из океана в атмосферу, поэтому глобальная температура имеет тенденцию повышаться. Годы Эль-Ниньо, как и 2016 год, обычно немного теплее, чем в среднем. Если природные циклы вызвали нагревание атмосферы, они могли сделать это только за счет переноса тепла из океана в атмосферу.Таким образом, за последнее столетие, если теплосодержание атмосферы увеличилось из-за естественных циклов, то теплосодержание океанов должно было уменьшиться, чтобы уравновесить общее тепло в системе. Так это происходит? Нет, это не так. Повышается теплосодержание как океана, так и атмосферы. Более того, повышение теплосодержания океана в 20 раз больше, чем увеличение содержания атмосферы, земли и льда вместе взятых.

    Если вся климатическая система нагревается, естественные циклы внутри системы не могут вызвать ее потепление, потому что все, что они делают, это перемещает тепло вокруг.Так что потепление должно исходить откуда-то еще. И это оставляет нас до нашего последнего естественного подозреваемого — орбитальных циклов. Со временем орбита Земли вокруг Солнца становится более круговой, а затем более эллиптической. Ось вращения Земли также прецессирует, как волчок, когда вы ее вращаете. Эти медленные, периодические и, что наиболее важно, предсказуемые изменения влияют на то, как солнечный свет падает на Землю, что, в свою очередь, влияет на температуру Земли. Мы знаем почти 100 лет, что эти орбитальные циклы ответственны за ледниковые периоды и теплые периоды между ними, такие как тот, в котором мы сейчас находимся.

    Так что есть смысл спросить, выходим ли мы все еще из последнего ледникового периода? Ну нет. Если мы посмотрим на историю Земли, мы увидим, что потепление после последнего ледникового периода достигло пика около 6000-8000 лет назад. С тех пор температура Земли очень постепенно снижалась, постепенно снижаясь до следующего ледникового периода. Мы даже можем вычислить, где мы находимся в этих орбитальных циклах. И когда мы это делаем, это объясняет то, что мы видим в наблюдениях. Следующим событием в нашем геологическом календаре где-то в следующие несколько тысяч лет был еще один ледниковый период, то есть до тех пор, пока эта длительная медленная тенденция к похолоданию не прекратилась, а затем резко повернулась вспять примерно 200 лет назад.

    Солнце, вулканы и природные циклы — у всех есть алиби. Пришло время поискать новый фактор, который может вызвать потепление планеты. Оказывается, о таком факторе ученым известно более 150 лет. Удерживающие тепло газы, которые мы производим всякий раз, когда сжигаем уголь, газ или нефть, а также в результате вырубки лесов, изменения землепользования и сельского хозяйства, эти газы покрывают нашу планету дополнительным одеялом. Это одеяло удерживает тепло внутри климатической системы, которое в противном случае могло бы уйти в космос.Вот почему мы греемся. Впервые в истории нашей планеты это мы.

    Спасибо за просмотр Global Weirding. Обязательно заходите на globalweirdingseries.com каждую вторую среду, чтобы увидеть новый выпуск. Не забудьте подписаться на нашу страницу YouTube, как и мы на Facebook, и подписаться на меня в Twitter. Есть вопрос об изменении климата? Мы хотим услышать это. Каждый второй четверг в 19:00 по центральному времени мы будем отвечать на вопросы на нашей странице в Facebook. Увидимся в следующий раз.

    кредит: Global Weirding с Кэтрин Хейхо

    Поскольку доминирующим влиянием человека на глобальный климат стали выбросы парниковых газов, в частности двуокиси углерода, нам нужно потратить некоторое время на изучение круговорота углерода в земной системе.Тот факт, что углерод обменивается между Землей и атмосферой, естественно, несколько усложняет нашу климатическую картину. Читай дальше!

    фактов — изменение климата: жизненно важные признаки планеты

    ›на испанском языке

    Ученые связывают тенденцию глобального потепления, наблюдаемую с середины 20-го -го -го века, с распространением человеком «парникового эффекта». 1 — потепление, которое возникает, когда атмосфера улавливает тепло, излучаемое с Земли в космос.

    Определенные газы в атмосфере блокируют выход тепла. Долгоживущие газы, которые полупостоянно остаются в атмосфере и не реагируют физически или химически на изменения температуры, называются «вызывающими» изменение климата. Газы, такие как водяной пар, которые физически или химически реагируют на изменения температуры, рассматриваются как «обратная связь».

    К газам, способствующим парниковому эффекту, относятся:

    • Водяной пар. Самый распространенный парниковый газ, но, что немаловажно, он действует как обратная связь с климатом.Водяной пар увеличивается по мере того, как атмосфера Земли нагревается, но вместе с тем увеличивается и вероятность появления облаков и осадков, что делает их одними из наиболее важных механизмов обратной связи с парниковым эффектом.
    • Двуокись углерода (CO 2 ). Небольшой, но очень важный компонент атмосферы, углекислый газ выделяется в результате естественных процессов, таких как дыхание и извержения вулканов, а также в результате деятельности человека, такой как вырубка лесов, изменение землепользования и сжигание ископаемого топлива.С начала промышленной революции люди увеличили концентрацию CO 2 в атмосфере на 47%. Это важнейшее долгоживущее «форсирование» изменения климата.
    • Метан. Углеводородный газ, производимый как из природных источников, так и в результате деятельности человека, включая разложение отходов на свалках, в сельском хозяйстве и особенно при выращивании риса, а также при переваривании жвачных животных и использовании навоза, связанном с домашним скотом. С точки зрения молекулы за молекулу, метан является гораздо более активным парниковым газом, чем углекислый газ, но также и тем, которого в атмосфере гораздо меньше.
    • Закись азота. Мощный парниковый газ, производимый методами обработки почвы, особенно использованием коммерческих и органических удобрений, сжиганием ископаемого топлива, производством азотной кислоты и сжиганием биомассы.
    • Хлорфторуглероды (ХФУ). Синтетические соединения полностью промышленного происхождения используются в ряде приложений, но в настоящее время их производство и выбросы в атмосферу в значительной степени регулируются международным соглашением из-за их способности вносить вклад в разрушение озонового слоя.Они также являются парниковыми газами.
    Недостаточно парникового эффекта: У планеты Марс очень тонкая атмосфера, почти полностью состоящая из углекислого газа. Из-за низкого атмосферного давления и почти полного отсутствия метана или водяного пара, усиливающих слабый парниковый эффект, Марс имеет в значительной степени замороженную поверхность, на которой нет никаких признаков жизни. Слишком сильный парниковый эффект: Атмосфера Венеры, как и Марса, почти полностью состоит из углекислого газа. Но на Венере в атмосфере примерно в 154 000 раз больше углекислого газа, чем на Земле (и примерно в 19 000 раз больше, чем на Марсе), что создает неконтролируемый парниковый эффект и температуру поверхности, достаточную для плавления свинца.

    На Земле деятельность человека меняет естественную теплицу. За последнее столетие сжигание ископаемых видов топлива, таких как уголь и нефть, увеличило концентрацию двуокиси углерода в атмосфере (CO 2 ). Это происходит потому, что в процессе сжигания угля или масла углерод соединяется с кислородом воздуха, образуя CO 2 . В меньшей степени расчистка земель для сельского хозяйства, промышленности и другой деятельности человека увеличила концентрацию парниковых газов.

    Последствия изменения естественного парникового эффекта в атмосфере трудно предсказать, но некоторые эффекты кажутся вероятными:

    • В среднем на Земле станет теплее.Некоторые регионы могут приветствовать более высокие температуры, а другие — нет.
    • Более теплые условия, вероятно, приведут к большему испарению и выпадению осадков в целом, но отдельные регионы будут отличаться, некоторые из них станут более влажными, а другие более сухими.
    • Более сильный парниковый эффект нагреет океан и частично растает ледники и ледяные щиты, повышая уровень моря. Вода в океане также расширится, если нагреется, что будет способствовать дальнейшему повышению уровня моря.
    • За пределами теплицы более высокие уровни содержания двуокиси углерода в атмосфере (CO 2 ) могут иметь как положительные, так и отрицательные последствия для урожайности сельскохозяйственных культур.Некоторые лабораторные эксперименты показывают, что повышенные уровни CO 2 могут увеличить рост растений. Однако другие факторы, такие как изменение температуры, озона, ограничения воды и питательных веществ, могут более чем противодействовать любому потенциальному увеличению урожайности. Если оптимальные температурные диапазоны для некоторых культур превышаются, возможный ранее прирост урожая может быть снижен или полностью обращен вспять.

      Экстремальные климатические явления, такие как засухи, наводнения и экстремальные температуры, могут привести к потере урожая и поставить под угрозу средства к существованию сельскохозяйственных производителей и продовольственную безопасность сообществ во всем мире.В зависимости от урожая и экосистемы, сорняки, вредители и грибы также могут процветать при более высоких температурах, более влажном климате и повышенных уровнях CO 2 , а изменение климата, вероятно, приведет к увеличению количества сорняков и вредителей.

      Наконец, хотя повышение CO 2 может стимулировать рост растений, исследования показали, что он также может снизить питательную ценность большинства пищевых культур за счет снижения концентрации белка и основных минералов в большинстве видов растений. Изменение климата может вызвать появление новых видов вредителей и болезней, влияющих на растения, животных и людей, и создавая новые риски для продовольственной безопасности, безопасности пищевых продуктов и здоровья человека. 2

    Роль человеческой деятельности

    В своем Пятом оценочном докладе Межправительственная группа экспертов по изменению климата, группа из 1300 независимых научных экспертов из стран всего мира под эгидой Организации Объединенных Наций, пришла к выводу, что вероятность того, что деятельность человека за последние 50 лет, превышает 95 процентов. годы согрели нашу планету.

    Промышленная деятельность, от которой зависит наша современная цивилизация, повысила уровень углекислого газа в атмосфере с 280 частей на миллион до 414 частей на миллион за последние 150 лет.Группа также пришла к выводу, что вероятность того, что произведенные человеком парниковые газы, такие как углекислый газ, метан и закись азота, превышает 95 процентов, вызвала большую часть наблюдаемого повышения температуры Земли за последние 50 лет.

    Полный отчет группы «Резюме для политиков» доступен по адресу https://www.ipcc.ch/site/assets/uploads/2018/02/ipcc_wg3_ar5_summary-for-policymakers.pdf .

    Солнечное излучение

    На приведенном выше графике сравниваются глобальные изменения температуры поверхности (красная линия) и энергия Солнца, которую Земля получает (желтая линия) в ваттах (единицах энергии) на квадратный метр с 1880 года.Более светлые / более тонкие линии показывают годовые уровни, а более жирные / более толстые линии показывают средние тенденции за 11 лет. Средние значения за одиннадцать лет используются для уменьшения годового естественного шума в данных, делая основные тенденции более очевидными.

    Количество солнечной энергии, которую получает Земля, соответствует естественному 11-летнему циклу Солнца, состоящему из небольших подъемов и падений, без увеличения с 1950-х годов. За тот же период глобальная температура заметно повысилась. Поэтому крайне маловероятно, что Солнце вызвало наблюдаемую тенденцию глобального потепления за последние полвека.Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения — Калтех.

    Разумно предположить, что изменения в выходной энергии Солнца вызовут изменение климата, поскольку Солнце является фундаментальным источником энергии, который управляет нашей климатической системой.

    Действительно, исследования показывают, что изменчивость солнечной активности сыграла роль в прошлых изменениях климата. Например, считается, что снижение солнечной активности в сочетании с увеличением вулканической активности способствовало возникновению Малого ледникового периода примерно между 1650 и 1850 годами, когда Гренландия остыла с 1410 до 1720-х годов и в Альпах поднялись ледники.

    Но несколько линий доказательств показывают, что нынешнее глобальное потепление нельзя объяснить изменениями энергии Солнца:

    • С 1750 года среднее количество энергии, исходящей от Солнца, либо оставалось постоянным, либо немного увеличивалось.
    • Если бы потепление было вызвано более активным Солнцем, то ученые ожидали бы увидеть более высокие температуры во всех слоях атмосферы. Вместо этого они наблюдали похолодание в верхних слоях атмосферы и потепление на поверхности и в нижних частях атмосферы.Это потому, что парниковые газы удерживают тепло в нижних слоях атмосферы.
    • Климатические модели, которые включают изменения солнечного излучения, не могут воспроизвести наблюдаемую тенденцию температуры за последнее столетие или более без учета роста парниковых газов.

    Глава 15 ~ Экологические стрессоры — Экология

    Ключевые понятия

    После завершения этой главы вы сможете:

    1. Опишите факторы стресса окружающей среды, их причины и то, как экосистемы реагируют на изменения их интенсивности.
    2. Объясните разницу между загрязнением и загрязнением.
    3. Приведите примеры природных стрессоров и объясните, как знание о них может помочь нам понять антропогенные факторы стресса.
    4. Обозначьте различия между токсикологией, экологической токсикологией и экотоксикологией.
    5. Объясните разницу между добровольными и непроизвольными рисками.
    6. Определите, как проводится оценка риска прогнозируемого воздействия токсичного химического вещества.

    Экологические стрессоры (стрессоры) — это факторы, влияние которых ограничивает продуктивность, репродуктивный успех и развитие экосистемы (см. Главу 9).В некоторой степени стрессоры влияют на все организмы, а также на их популяции, сообщества и экологические ландшафты (ландшафты и морские пейзажи). Стрессоры могут быть естественного происхождения и связаны с такими воздействиями окружающей среды, как:

    • конкуренция, хищничество, болезни и другие взаимодействия между организмами
    • ограничения, связанные с климатом или недостаточным или избыточным питанием, влажностью или пространством
    • нарушения, такие как лесные пожары и ураганы

    Воздействие естественных стрессоров не всегда отрицательно.Некоторые люди, группы населения и сообщества могут получить выгоду от воздействия естественного стресса, в то время как другим будет нанесен определенный ущерб.

    Однако все чаще стрессоры, связанные с деятельностью человека, оказывают наиболее серьезное влияние на виды и экосистемы. Слишком часто антропогенные стрессоры наносят серьезный ущерб ресурсам, необходимым для поддержания жизни людей и их экономики, а также естественному биоразнообразию и экосистемам.

    Изображение 15.1. Лесные пожары, ураганы и нашествия насекомых могут быть серьезными нарушениями, влияющими на экосистемы в ландшафтном масштабе.На этой фотографии показан древостоев тсуги (Tsuga canadensis), погибшей в результате нескольких лет дефолиации местной мотылькой (Iridopsis ephyraria) в Новой Шотландии. Источник: Б. Фридман.

    Экологические стрессоры могут проявляться в виде интенсивных кратковременных разрушительных воздействий, также известных как нарушения. С другой стороны, стрессоры могут оказывать свое влияние в течение длительного периода времени, то есть хроническим образом. Взаимодействие организмов со стрессором в определенном месте и в определенное время называется воздействием.Воздействие может быть мгновенным или может накапливаться с течением времени. Если воздействие достаточно интенсивное, это вызовет какое-то биологическое или экологическое изменение, называемое ответной реакцией. Однако важно понимать, что отдельные лица, популяции и сообщества способны переносить стрессовые факторы различной интенсивности без значительного ущерба. Другими словами, определенные пороги биологической или экологической устойчивости должны быть превышены до того, как будет нанесен ущерб (Изображение 15.2).

    Изображение 15.2. Стрессоры — это факторы окружающей среды, которые влияют на организмы и экосистемы. Они могут существовать при различной интенсивности воздействия, как предполагает метафора водопроводного крана, чей циферблат, повернув вправо, увеличит поток воды или уменьшит или остановит его, если повернуть в другую сторону. Для фактических стрессоров, если порог биологической или экологической толерантности будет превышен, произойдет реакция. Источник: Б. Фридман.

    Ущерб возникает, когда один или несколько факторов стресса вызывают реакцию, которую можно интерпретировать как ухудшение качества окружающей среды.Такие ответные меры могут включать болезнь или смерть, вызванные воздействием пестицидов на диких животных, или снижение продуктивности экосистем, или угрозу уязвимым элементам биоразнообразия. В этой главе мы исследуем концептуальную основу для изучения ущерба, причиненного стрессорами. В следующих 11 главах мы имеем дело с конкретными видами стрессоров и изучаем конкретные примеры того ущерба, который они могут причинить.

    видов стрессоров

    Различные виды стрессоров окружающей среды сгруппированы в классы, хотя они не являются полностью исключительными.

    • Физический стресс — это нарушение, при котором происходит интенсивное воздействие кинетической энергии, которое наносит ущерб местам обитания и экосистемам. Примеры включают такие разрушительные события, как ураган или торнадо, сейсмическая морская волна (цунами), извержение вулкана, взрыв или топтание тяжелой техники или пешеходов.
    • Лесные пожары — еще одно нарушение, связанное с неконтролируемым сжиганием биомассы экосистемы. Пожар может быть вызван людьми или естественным путем от молнии.Сильный пожар потребляет значительную часть биомассы экосистемы, но даже менее сильный лесной пожар может убить многие организмы, обжигая и отравляя токсичные газы.
    • Химическое загрязнение происходит, когда одно или несколько веществ встречаются в концентрации, достаточно высокой, чтобы вызвать физиологические реакции в организмах, потенциально вызывая токсичность и экологические изменения. К химическим стрессорам относятся пестициды, газы, такие как озон и диоксид серы, и токсичные элементы, такие как мышьяк и ртуть. Загрязнение также может быть вызвано избытком питательных веществ, которые могут нарушить продуктивность и другие экологические функции.Обратите внимание, что простое присутствие потенциально токсичного агента не обязательно вызывает загрязнение. (Различие между загрязнением и загрязнением рассматривается далее в этой главе.)
    • Термическое загрязнение вызывается выделением тепла (тепловой энергии) в окружающую среду, что приводит к экологическому стрессу, поскольку виды различаются по своей устойчивости к экстремальным температурам. Термическое напряжение может возникать в естественных источниках и подводных жерлах, куда попадает геологически нагретая вода. Это также связано со сбросами горячей воды с электростанций.
    • Радиационный стресс вызывается чрезмерным воздействием ионизирующей энергии. Радиация может исходить от ядерных отходов или взрывов, или это может быть диагностическое рентгеновское излучение или энергия солнечного ультрафиолета.
    • Климатический стресс связан с недостаточным или чрезмерным режимом температуры, влажности, солнечной радиации, ветра или их комбинаций.
    • Биологические стрессоры связаны с взаимодействиями, происходящими между организмами, такими как конкуренция, травоядность, хищничество, паразитизм и болезни.Например, особи одного или разных видов могут конкурировать за основные ресурсы, запасы которых ограничены. Травоядность, хищничество, паразитизм и болезни — это трофические взаимодействия, в которых один вид эксплуатирует другой. Эксплуатация может быть антропогенной, например, когда люди собирают урожай диких животных или деревьев, или может быть естественной, возможно, связанной с дефолиативными насекомыми или болезнетворными патогенами.
    • Биологическое загрязнение происходит, когда люди выпускают организмы за пределы их естественного ареала.Это может быть интродукция чужеродных видов, которые вторгаются и изменяют естественную среду обитания, или это может быть выброс патогенов в окружающую среду через сбросы неочищенных сточных вод.

    Изображение 15.3. Биологическое «загрязнение» возникает, когда виды вводятся в места обитания за пределами их естественного ареала, где они могут нанести экологический ущерб. Этот неместный люпин (Lupinus polyphyllus) был завезен в восточную Канаду, где он растет в садах и вдоль дорог.Хотя это привлекательный полевой цветок, он вытесняет местные растения. Источник: Б. Фридман.

    Экологические ответы

    Экосистема, пострадавшая от нарушения, обычно страдает от смертности среди своих видов, наряду с повреждением ее структурных свойств (таких как видовой состав и распределение биомассы) и функциональных характеристик (таких как продуктивность и круговорот питательных веществ). После того, как событие возмущения закончилось, начинается процесс последовательного восстановления.Если сукцессия будет продолжаться достаточно долго, она восстановит другую зрелую экосистему, возможно, аналогичную той, которая существовала до нарушения.

    Хронические стрессоры действуют в течение более длительных периодов времени (а не как события), и они включают климатические факторы и многие виды химического и термического загрязнения. В зависимости от интенсивности воздействия организмы могут страдать от острой токсичности, приводящей к повреждению тканей или даже смерти, или к менее очевидным хроническим повреждениям, приводящим к снижению продуктивности.

    Воздействие более интенсивных стрессоров окружающей среды может привести к эволюционным изменениям, если отдельные организмы различаются по своей толерантности и эти различия имеют генетическую основу. В таких условиях естественный отбор в пользу толерантных особей в конечном итоге приведет к повышению толерантности на уровне популяции. На уровне сообществ относительно уязвимые виды будут сокращены или исчезнут из среды обитания, если интенсивность стресса заметно возрастет. Затем ниши этих видов могут быть заняты более терпимыми членами сообщества или вторгшимися видами, которые способны эксплуатировать стрессовую, но слабо конкурентную среду обитания.

    Продолжительное усиление стресса приведет к долгосрочным экологическим изменениям. Рассмотрим, например, случай, когда новый металлургический завод построен в лесном ландшафте. Если плавильный завод выделяет токсичный газообразный диоксид серы, токсический стресс повредит древесные растения в лесу и в конечном итоге заставит их уступить место размером с куст и травянистой растительности. Если длительный стресс будет чрезвычайно серьезным, ландшафт может полностью потерять свою растительность. Подобные повреждения действительно имели место вокруг ряда канадских плавильных заводов, например, недалеко от Садбери (Глава 16).

    Этот вид экологического ущерба включает изменения в составе и преобладании видов в сообществах, в пространственном распределении биомассы и в таких функциях, как продуктивность, разложение подстилки и круговорот питательных веществ. Поскольку плавильный завод является дискретным точечным источником экологического стресса, экологические реакции в конечном итоге стабилизируются в виде градиентов изменения сообщества, которые распространяются наружу, по ветру или вниз по течению от источника загрязнения.

    Интенсивность стрессора может также уменьшаться во времени и пространстве.Когда это происходит, экологические реакции во многих отношениях противоположны ущербу, который возникает при усилении стресса. Эти изменения представляют собой процесс восстановления через преемственность. В случае медеплавильных заводов в Садбери выбросы загрязняющих веществ значительно сократились из-за внедрения технологий контроля загрязнения. Это привело к гораздо меньшему токсическому стрессу в окружающей среде, что позволило произойти некоторому восстановлению окружающей среды (главы 16 и 18).

    Экологи описали общие характеристики экосистем, которые подвергались серьезному стрессу в течение определенного периода времени.В целом, когда экологический стресс значительно усиливается (например, из-за увеличения загрязнения), наблюдаются следующие изменения:

    • Повышение смертности, особенно наиболее уязвимых видов
    • Видовое богатство уменьшается
    • Истощение запасов биогенных веществ и биомассы
    • скорость дыхания сообщества превышает скорость производства, поэтому чистая продукция становится отрицательной.
    • чувствительных вида заменены более устойчивыми
    • высших хищников и крупных видов могут быть потеряны из экосистемы
    • ранее самоподдерживающиеся экосистемы могут потребовать активного управления для поддержания их желаемых характеристик, например, для поддержания сокращающихся популяций редких или экономически ценных видов, которые оказались под угрозой исчезновения

    Экосистемы, которые хронически подвергаются сильному стрессу (например, тундра с климатическим стрессом), в конечном итоге стабилизируются.Как правило, стабильные экосистемы отличаются низким видовым богатством, простыми по структуре и функциям и преобладают относительно небольшие долгоживущие виды. Кроме того, у них низкие показатели продуктивности, разложения и круговорота питательных веществ.

    Если усиление экологического стресса имеет антропогенную причину, то возникающие в результате экологические изменения часто рассматриваются как ущерб и рассматриваются как ухудшение качества окружающей среды и экологической целостности (эти термины рассматриваются в главе 27).

    Изображение 15.4. Природные нарушения, такие как лесные пожары, инициируют процесс экологического восстановления, известный как сукцессия. На этой фотографии изображен выгоревший участок северного леса недалеко от Инувика в Северо-Западных территориях. В сообществе на этой ранней стадии сукцессии преобладает травянистое растение, называемое кипреем (Epilobium angustifolium). Источник: Б. Фридман.

    Загрязнение вызывается воздействием химикатов или энергии с интенсивностью, превышающей допустимую для организмов.Таким образом, загрязнение считается произошедшим, когда может быть доказано, что организмы подверглись токсичности или могут быть продемонстрированы другие виды экологического ущерба. Загрязнение может затронуть людей и другие виды, а также сообщества и экологические ландшафты. Загрязнение часто вызывается воздействием химикатов в достаточно больших концентрациях, чтобы отравить хотя бы некоторые организмы. Однако загрязнение также может быть вызвано нетоксичными воздействиями, такими как чрезмерное удобрение водного объекта, выброс отработанного тепла в окружающую среду или сброс неочищенных сточных вод, содержащих патогенные микроорганизмы.

    Загрязнение относится к тем гораздо более распространенным ситуациям, в которых потенциально опасные стрессоры присутствуют в окружающей среде, но их интенсивность слишком мала, чтобы причинить измеримый ущерб. Например, определенное химическое вещество может присутствовать в более высокой концентрации, чем обычно встречается в окружающей среде. Однако, если его концентрация слишком мала, чтобы вызвать измеримую токсичность по крайней мере для некоторых организмов или повлиять на другие экологические компоненты или процессы, химическое вещество является скорее загрязнителем, чем загрязнителем.

    Фактически, металлы, такие как алюминий, кадмий, свинец, ртуть и цинк, присутствуют во всех частях окружающей среды, включая все организмы, по крайней мере в следовых концентрациях. Если пределы обнаружения доступной аналитической химии достаточно чувствительны, это «универсальное загрязнение» металлами может быть легко продемонстрировано. Хотя все металлы (и любые другие химические вещества) потенциально токсичны, они должны присутствовать в достаточно высокой концентрации в течение достаточно длительного периода времени, чтобы фактически отравить организмы и нанести экологический ущерб.Другими словами, воздействие должно превышать биологические допуски, прежде чем будет нанесен ущерб, и можно будет сказать, что произошло загрязнение.

    Загрязнение и отравление часто оценивают с упором на человека. Люди решают, наносит ли загрязнение «ущерб» в каком-то месте и в какое-то время, и насколько серьезными могут быть последствия. Этот антропоцентрический уклон имеет тенденцию, вполне естественно, в пользу людей и тех видов, сообществ и функций экосистем, которые признаны поддерживающими человеческую экономику или могут быть оценены по другим причинам, таким как эстетика.

    Интересно, что некоторые виды, сообщества и экологические процессы действительно выиграют от большинства видов загрязнения. Например, определенные виды могут воспользоваться экологическими возможностями, которые открываются, когда загрязнение снижает численность ранее доминировавших видов. Многие тематические исследования, описанные в следующих главах, касаются ситуаций, в которых условно-патогенные виды растений, животных и микроорганизмов выиграли от экологических изменений, вызванных загрязнением.

    Загрязнение может быть естественным

    Загрязнение вызвано не только деятельностью человека — в некоторых случаях это чисто природное явление. «Естественные» источники загрязнения включают выбросы твердых частиц и газов, таких как двуокись серы из вулканов, просачивание нефти на дно океана, высокие концентрации металлов в определенных почвах и породах, а также тепло геотермальных источников. Природное загрязнение может вызвать серьезные экологические изменения (которые люди могут рассматривать как своего рода ущерб).Последствия могут быть столь же сильными, как и те, что вызваны антропогенным загрязнением. Тем не менее, хотя факт естественного загрязнения интересен и хорошо известен, он не оправдывает деятельность человека, наносящую подобный ущерб.

    Исследования экологических последствий естественного загрязнения могут дать представление о потенциальных долгосрочных последствиях антропогенных выбросов. Это связано с тем, что многие примеры естественного загрязнения являются древними, и возникающие в результате модели экологических изменений могут быть аналогичны тем, которые были вызваны более поздними антропогенными выбросами.

    Один интересный пример произошел на Курящих холмах в Северо-Западных территориях. Это глухая дикая местность, на которую мало влияют люди. В нескольких местах вдоль побережья и близлежащих рек эрозия обнажила залежи битумного сланца. Эти богатые углеродом отложения спонтанно воспламеняются в разных местах, тлеют веками и окуривают близлежащую тундру диоксидом серы. SO2 токсичен для растений, а также вызывает повышение кислотности почвы и воды.Естественное загрязнение нанесло серьезный ущерб наземным и водным средам обитания в тундре на Дымящихся холмах (см. Главу 16).

    Другой пример естественного загрязнения происходит, когда богатые металлами минералы встречаются близко к поверхности земли, что создает токсичные условия для растительности. Например, экологи растений изучили почву, содержащую «змеевидные» минералы, богатые никелем и кобальтом. Когда они встречаются в высоких концентрациях, эти металлы токсичны для большинства растений.В местах обитания, содержащих серпентиновые минералы, формируется своеобразное растительное сообщество, в котором преобладают низкорослые виды, способные выдерживать токсический стресс богатой металлами почвы (см. Главу 18).

    Еще один случай естественного загрязнения связан с определенными видами морского фитопланктона, которые иногда становятся многочисленными и наносят экологический ущерб. В случаях, называемых токсичным цветением, эти водоросли выделяют биохимические вещества, которые являются ядовитыми для широкого круга животных, подвергающихся воздействию через пищевую сеть.В некоторых случаях горбатые киты умирали в море после употребления в пищу рыбы, загрязненной сакситоксином, мощным нейротоксином, синтезируемым динофлагеллатными водорослями. Токсины водорослей также представляют опасность для людей, употребляющих рыбу, загрязненную этим и другими химическими веществами, такими как домоевая кислота.

    Исследование и обсуждение естественного загрязнения является полезным и информативным в экологической науке. Однако в этой книге мы подчеркиваем загрязнение, вызванное деятельностью человека, и связанный с этим ущерб. Это разумное внимание, поскольку антропогенное загрязнение быстро растет во многих странах, включая Канаду.Следовательно, существует острая необходимость избегать или управлять ущербом, который загрязнение может нанести людям, а также природным экосистемам.

    Антропогенное загрязнение

    В современном мире огромное количество загрязнений связано с деятельностью человека. Это нанесло серьезный ущерб здоровью человека, а также управляемым и естественным экосистемам. Люди вызывают загрязнение по-разному, и мы рассмотрим их в следующих главах. Чаще всего антропогенное загрязнение связано с этими видами деятельности:

    • случайные или преднамеренные выбросы в окружающую среду химических веществ, таких как диоксид серы, металлы, пестициды и нефть
    • выброса веществ, которые вступают в реакцию в окружающей среде с синтезом более токсичных химикатов — это известно как вторичное загрязнение (как происходит, когда озон образуется в результате фотохимических реакций в атмосфере)
    • выбросы химических веществ, разлагающих стратосферный озон, таких как хлорфторуглероды
    • выбросы отработанного промышленного тепла, например, когда электростанция сбрасывает горячую воду в реку или озеро
    • Сброс сточных вод или удобрений, содержащих биогенные вещества, в водоемы
    • Выбросы парниковых газов, угрожающих глобальному климату
    • выброса чужеродных видов, которые наносят ущерб, когда они вторгаются в управляемые или естественные места обитания, или являются патогенами людей, сельскохозяйственных культур или местных видов

    Изображение 15.5. Многие виды деятельности человека приводят к выбросам загрязняющих веществ в окружающую среду. На этом изображении изображена дымовая труба длиной 380 м на металлургическом заводе недалеко от Садбери, Онтарио. Источник: Б. Фридман.

    Нарушение — это эпизодическое, но интенсивное нарушение, которое причиняет серьезный биологический и экологический ущерб. За событием нарушения следует иногда длительный период экологического восстановления в процессе, известном как сукцессия. Есть два основных типа нарушений: нарушения, замещающие сообщество, и микронарушения.

    • Нарушение, замещающее общину, имеет обширные масштабы и приводит к катастрофическому разрушению одного или нескольких первоначальных сообществ. Природные примеры вызваны лесными пожарами, ураганами, лавинами и оледенением, а антропогенные — сплошными рубками и вспашкой. Эти крупномасштабные беспорядки могут сопровождаться последовательным восстановлением, которое в конечном итоге восстанавливает сообщество, подобное тому, что было разрушено. Более молодые сообщества в сукцессионной последовательности (или сериях) относительно динамичны по своим структурным и функциональным свойствам.Как правило, среди них преобладают виды, которые многочисленны только на начальных этапах восстановления, когда конкуренция не столь интенсивна. Изменения сообщества на более поздних стадиях несколько менее динамичны, пока не будет восстановлено сообщество на поздней стадии.
    • Микроразрушение — это локальное нарушение, которое затрагивает только небольшую территорию в пределах нетронутого в остальном сообщества. Антропогенные микронарушения включают выборочную вырубку отдельных больших деревьев или отдельных животных, при этом сообщество остается нетронутым.Экологические изменения происходят относительно быстро в пределах участка среды обитания, который был затронут недавним микронарушением, но на уровне древостоя сообщество остается стабильным. Так называемая фазовая сукцессионная динамика встречается во всех естественных лесах, но особенно важна на более поздних стадиях сукцессии. Это особенно характерно для старых лесов, где отдельные деревья могут погибнуть от болезней, нападений насекомых или удара молнии, создавая брешь в неповрежденном кронштейне.

    Естественное нарушение

    Нарушение — это естественная сила, влияющая на все экосистемы.Например, лесной пожар может убить взрослые деревья на большой территории, но за этим разрушением следует последовательное восстановление. Пожары распространены в северных лесах и в подверженных засухе экосистемах, таких как прерии и саванна. В среднем ежегодно в Канаде горит около 2 миллионов гектаров леса, в основном в результате пожаров, вызванных молнией. Лесные пожары изменяют условия среды обитания, а также вызывают серьезное загрязнение, выбрасывая в атмосферу твердые частицы и газы, такие как углекислый газ и оксиды азота.

    Другие природные факторы возмущения включают ураганы, торнадо, наводнения и даже оледенение (в течение геологического времени). Они также наносят крупномасштабный экологический ущерб, за которым следует сукцессионное восстановление. После оледенения, которое включает длительное захоронение и истирание земли огромной массой льда, восстановление после таяния инициируется иммиграционными организмами, которые колонизируют сырой ландшафт.

    Извержение вулкана или землетрясение может вызвать одну или несколько разрушительных океанских волн или цунами.В 1883 году катастрофическое извержение вулканического острова Кракатау в Индонезии вызвало 30-метровую волну цунами, унесшую жизни около 36 тысяч человек. В 2004 году в результате цунами в Индийском океане погибло более 225 тысяч человек (см. Global Focus 3.1). В 2011 году подводное землетрясение вызвало цунами высотой до 40,5 м, которое разрушило прибрежные районы, распространилось на 10 км вглубь суши по низменной местности, унесло жизни не менее 18 тысяч человек, разрушило сотни тысяч зданий и создало технологический ущерб. кризис при затоплении вывел из строя системы управления крупной атомной электростанцией.

    Взрыв и жара при извержении вулкана также могут нанести ущерб экосистемам, как это произошло в 1980 году, когда вулкан Сент-Хеленс в Вашингтоне разразился более или менее боковым взрывом. В результате взрыва были разрушены 21 тыс. Га хвойных лесов, еще 10 тыс. Га погибли в результате теплового поражения и были повреждены еще 30 тыс. Га. Были также разрушительные оползни, и огромная территория была покрыта выбросами твердых частиц (известными как тефра), которые выпали из атмосферы на глубину 50 см или более.

    В результате извержения вулкана также может быть выброшено огромное количество диоксида серы, твердых частиц и других загрязняющих веществ в атмосферу.Около 2-5 миллионов тонн SO2 (выраженного в виде содержания серы или SO2-S) выбрасываются вулканами в течение обычного года, а отдельное извержение может привести к выбросу более 1 миллиона тонн. Этот природный SO2 способствует подкислению осадков и нанесению другого ущерба окружающей среде (Глава 19).

    Естественные вспышки популяций (вторжения) травоядных, хищников или патогенов также могут нанести серьезный ущерб естественной среде обитания. Например, еловая червь (Choristoneura fumiferana) периодически дефолирует огромные площади хвойных лесов на востоке Канады (более 55 миллионов гектаров в 1975 году).Это вызывает значительную гибель деревьев пихты и ели и другой экологический ущерб (Глава 22). Недавняя вспышка горного соснового жука (Dendroctonus ponderosae) нанесла столь же обширный ущерб сосновым лесам на западе Канады и северо-западе США, затронув около 36 миллионов га. Морским примером является зеленый морской еж (Strongylocentrotus droebachiensis), который иногда вторгается в скалистые сублиторальные места обитания у Новой Шотландии. Эти беспозвоночные могут чрезмерно выпасать зрелый «лес» ламинарии и агарум, что приводит к «бесплодной земле» с гораздо меньшей продуктивностью и биомассой.После гибели популяции морских ежей лес ламинарии быстро восстанавливается.

    Микронарушения также являются обычным явлением для природных экосистем. Примеры этих мелкомасштабных нарушений включают гибель отдельных больших деревьев в пределах нетронутого в остальном леса, возможно, вызванного болезнью или несчастным случаем (например, ударом молнии). Это создает естественный зазор в кроне деревьев, под которым происходит микросцессия, поскольку растения конкурируют за использование временных ресурсов, таких как дополнительный свет.Листва взрослых деревьев в конечном итоге заполняет пробел. Точно так же смерть отдельной коралловой головы внутри неповрежденного рифа инициирует микросцессию в этой морской экосистеме.

    Экологи пытаются понять последствия стихийных бедствий и применить эти знания для разработки систем управления, которые позволяют собирать ресурсы или иным образом использовать их при одновременном контроле экологического ущерба. Например, понимание характеристик нарушений фазы разрыва в старовозрастном лесу может помочь в разработке системы выборочной лесозаготовки, которая имитирует режим естественных нарушений.Использование такой системы оставит физическую и экологическую целостность леса практически неизменной, даже если отдельные деревья периодически заготавливаются для коммерческого использования. Эти люди будут заменены естественным возрождением. Принимая во внимание естественную динамику нарушения фазовых разрывов в старовозрастных лесах, сплошные рубки с последующей посадкой саженцев деревьев можно рассматривать как менее «естественную» систему управления. Тем не менее, сплошные рубки могут быть подходящей практикой для использования при лесозаготовках, адаптированных к нарушениям, заменяющим сообщества, таким как лесные пожары или нашествия насекомых (см. Главы 22 и 23). ВНИМАНИЕ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

    Антропогенное нарушение

    Люди также нарушают экосистемы различными способами, многие примеры которых описаны в следующих главах. Антропогенные нарушения связаны со многими видами деятельности, такими как преобразование экосистем, сбор природных ресурсов, интродукция чужеродных видов, строительство дорог и зданий, а также военные действия.

    Заготовка как возобновляемых, так и невозобновляемых ресурсов всегда вызывает нарушение экосистем.То же самое и послеуборочное управление возобновляемыми ресурсами. Например, сильное беспокойство вызывает вскрытие поверхности для добычи угля или нефтеносного песка. Точно так же вырубка леса путем сплошных рубок представляет собой нарушение, заменяющее сообщества, за которым следует восстановление через сукцессию. Дополнительные нарушения могут быть связаны с ведением лесоводства, например, скарификацией для подготовки земли к посадке саженцев деревьев и опрыскиванием гербицидами для уменьшения численности сорняков.Сбор урожая также может быть избирательным, например, когда нацелены на сбор определенных видов или размеров деревьев или рыбы. Это может быть своего рода помехой в фазе пропуска.

    Преобразование естественных экосистем в сельскохозяйственные или урбанизированные виды землепользования также представляет собой серьезное нарушение. В этих случаях сукцессионное восстановление тщательно контролируется, чтобы способствовать развитию антропогенной экосистемы. Обычно в местообитаниях преобладают чужеродные виды растений и животных, а иногда и кирпичи и бетон застроенной среды.Эти преобразования вытесняют почти все исконно аборигенные виды и естественные сообщества.

    Люди намеренно или случайно завезли много видов за пределы их естественного ареала. Часто внедренные пришельцы вторгаются в естественную среду обитания в смысле вытеснения местных видов и причинения других видов экологического ущерба. Примеры из Северной Америки включают завоз мидий зебры (Dreissena polymorpha) в Великие озера, вербейника пурпурного (Lythrum salicaria) в водно-болотные угодья, а также скворцов (Sturnus vulgaris) и домашних голубей (горных голубей, Columba livia) в городских районах.

    Warfare также вызывает широкий спектр заменяющих население и микроповреждений в виде взрывов, проезда тяжелых транспортных средств по ландшафту, разливов топлива и других токсичных химикатов, охоты с целью обеспечения продовольствием большого числа солдат и даже (как это происходило во время Вьетнамская война) обширное распыление гербицида на лесные и сельскохозяйственные угодья.

    Антропогенные стрессоры в контексте

    Подводя итог, можно сказать, что загрязнение и беспокойство могут быть природными явлениями.С момента зарождения жизни оба этих фактора окружающей среды повлияли на структуру и функции экосистем. Однако в наше время загрязнение и нарушения, связанные с деятельностью человека, становятся все более серьезными причинами ущерба. Предотвращение антропогенного загрязнения и нарушений, а также устранение уже нанесенного ущерба являются одними из важнейших задач глобального экологического кризиса.

    Токсикология — это наука об изучении ядов. Он исследует их химическую природу и влияние на физиологию организмов.Если доза (воздействие) достаточно велика, любое химическое вещество, даже вода, может вызвать отравление.

    Экологическая токсикология — более широкая область, чем традиционная токсикология. Помимо изучения биологии отравления, он также изучает факторы окружающей среды, которые влияют на воздействие потенциально токсичных химических веществ на организмы. Важными темами экологической токсикологии являются следующие:

    • круговорот и транспортировка потенциально токсичных химикатов
    • превращение их в другие вещества (которые могут быть более или менее ядовитыми, чем их предшественники)
    • определение стоков, где химические вещества могут накапливаться в особо высоких концентрациях, в том числе в телах организмов

    Экотоксикология имеет еще более широкую область применения, поскольку она изучает как прямые, так и косвенные ядовитые воздействия химических веществ.Примеры косвенного экологического воздействия включают изменения в среде обитания или в изобилии пищи. Например, использование гербицида в лесном или сельском хозяйстве повлияет на биомассу и видовой состав растительности на обрабатываемой территории. Это важные изменения в среде обитания животных. Даже если гербицид не отравляет животных, подвергшихся воздействию спрея, на них могут повлиять изменения в их среде обитания. Комплекс факторов влияет на экотоксикологические риски, связанные с воздействием химических веществ в окружающей среде.Наиболее важными факторами являются: (1) биологическая чувствительность, (2) токсичность, присущая рассматриваемому химическому веществу, (3) интенсивность воздействия и (4) любые косвенные эффекты, которые могут быть вызваны. Эти соображения рассматриваются ниже:

    Подробнее 15.1. Что такое токсичность? В биологическом смысле химическое вещество может отравить организм, если оно пагубно влияет на какой-либо аспект его метаболизма. Этот эффект называется токсичностью. Токсичное химическое вещество может, например, нарушить функционирование ферментной системы или помешать клеточному делению.Однако юридическое определение токсичного вещества, изложенное в Законе об охране окружающей среды Канады, выглядит следующим образом: «Вещество определяется как токсичное, если оно входит или может попасть в окружающую среду в количестве или концентрации или при условиях, которые: оказывают или могут оказывать немедленное или долгосрочное вредное воздействие на окружающую среду; (2) представляют или могут представлять опасность для окружающей среды, от которой зависит жизнь человека; или (3) представляют или могут представлять опасность в Канаде для жизни или здоровья человека.”

    Это определение имеет юридическую силу в Канаде и используется в регулировании и регулировании широкого спектра химических веществ.

    Однако это определение неадекватно в некоторых важных отношениях, особенно потому, что оно касается только чрезвычайно токсичных химикатов в условиях, в которых они встречаются в высоких концентрациях. Вещества с меньшей острой токсичностью могут нанести незаметный долгосрочный ущерб людям, другим видам и важным экологическим ценностям. Такого рода воздействия не рассматриваются в данном определении.

    1. Биологическая чувствительность

    Чувствительность к химическому воздействию сильно различается у разных организмов и видов. Исследования в области токсикологии, которые обычно проводятся в контролируемых лабораторных условиях, часто сравнивают восприимчивость различных организмов к токсичным веществам. Острая токсичность определяется как возникновение, когда кратковременное воздействие химического вещества в высокой концентрации приводит к биохимическим или анатомическим повреждениям или даже смерти (обычная острая конечная точка).Хроническая токсичность предполагает длительное воздействие низких или средних концентраций химического вещества. Со временем хроническое воздействие может вызвать биохимические или анатомические повреждения или, возможно, привести к летальному исходу, например, к раку.

    Данные в таблице 15.1 иллюстрируют чувствительность ряда видов к чрезвычайно токсичному химическому веществу TCDD (2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин). ТХДД не имеет промышленного или медицинского применения, но он случайно синтезируется во время высокотемпературного сжигания в мусоросжигательных печах, во время лесных пожаров, в процессе отбеливания древесной массы хлором и при производстве некоторых промышленных химикатов, особенно трихлорфенола, который используется. произвести гербицид 2,4,5-Т и антибактериальный агент гексахлорофен.Эти синтезы могут привести к выбросу TCDD в окружающую среду, где люди и другие организмы могут подвергаться воздействию. Из-за своей токсикологической известности ТХДД и его химические родственники являются относительно хорошо изученными веществами.

    Данные в таблице 15.1 показывают, что виды сильно различаются по своей чувствительности к TCDD. Среди видов, по которым имеются данные, морские свинки особенно уязвимы для TCDD, в то время как хомяки и лягушки менее уязвимы. Чувствительность к химическим веществам также зависит от пути воздействия, пола и возраста животных.

    Таблица 15.1. Острая токсичность TCDD для различных животных. Животных подвергали действию TCDD в лабораторных условиях. Пероральное воздействие предполагает попадание в желудок; воздействие на кожу заключается в абсорбции через кожу; внутрибрюшинное воздействие предполагает введение в брюшную полость. LD50 (летальная доза для 50% смертности) — это доза, убивающая половину популяции экспериментальных животных. LD50 измеряется в единицах количества химического вещества на единицу массы тела (например,, мкг / кг). Источник: данные Tschirley (1986).

    Иллюстрации данных, показывающих острую и хроническую токсичность, представлены в таблице 15.2. Проиллюстрированное здесь химическое вещество — глифосат, гербицид, широко используемый в сельском хозяйстве, лесоводстве и садоводстве (см. Главу 22). Данные показывают, что, если концентрация глифосата достаточно велика, он вызовет острую токсичность. Однако долгосрочные тесты на хроническую токсичность не продемонстрировали наблюдаемых эффектов при изученных уровнях воздействия.Также обратите внимание, что экспериментальные дозы, необходимые для возникновения острой токсичности, и дозы, проверенные на хроническую токсичность, намного выше, чем воздействия, которые могут возникнуть при рутинном использовании глифосата в качестве гербицида.

    Таблица 15.2. Острая и хроническая токсичность глифосата. Данные о токсичности получены при контролируемом воздействии в лабораторных условиях. Острая токсичность измеряется пероральным LD50, в то время как хроническое воздействие определяется длительными экспериментами по кормлению. Данные для хронического воздействия представляют собой уровни отсутствия эффекта, которые представляют собой дозы, при которых или ниже которых нет наблюдаемого эффекта.Источник: модифицировано из Freedman (1991).

    2. Собственная токсичность

    Химические вещества сильно различаются по своей внутренней или относительной токсичности. Некоторые химические вещества чрезвычайно токсичны в малых дозах, тогда как другие вызывают отравление только при гораздо более высокой интенсивности воздействия. Это проиллюстрировано данными в Таблице 15.3, в которой сравнивается острая токсичность широкого спектра химических веществ. Есть два центральных сообщения:

    • химические вещества сильно различаются по относительной токсичности
    • в достаточно большой дозе любое химическое вещество может быть токсичным

    Таблица 15.3. Острая токсичность различных химических веществ. На токсичность указывают данные о пероральном LD50, полученные при контролируемых лабораторных исследованиях. Данные LD50 выражены в миллиграммах химического вещества на кг веса тела, подопытным видом была крыса. Источник: данные Freedman (1995).

    3. Экспозиция

    Воздействие оказывает фундаментальное влияние на токсичность. Его можно определить как дозу химического вещества, которую получает любой человек или группа организмов за единицу времени. Воздействие любого потенциально токсичного химического вещества зависит от многих факторов, включая влияние окружающей среды.Например, воздействие на мышь на сельскохозяйственном поле, обработанном инсектицидом, может зависеть от таких факторов, как скорость распыления, тип используемого оборудования, погода, стойкость химического вещества (как долго оно остается активным) и поведение и выбор пищи и среды обитания мыши. Если токсиколог оценивает воздействие потенциально токсичных веществ на людей, следует учитывать количество, потребляемое с твердой и жидкой пищей, потребление при дыхании и количества, присутствующие как в рабочей, так и в окружающей (или непрофессиональной) среде. .

    4. Косвенные эффекты

    Также важное значение в экотоксикологии имеют косвенное воздействие токсичных химикатов или эффекты, отличные от прямого отравления организмов. Косвенные эффекты чаще всего связаны с изменениями среды обитания или состояния иммунной системы организма. В некоторых случаях косвенный ущерб хуже прямого токсического воздействия химикатов. Например, использование гербицида в лесном хозяйстве вызывает изменения в растительности, что влияет на животных, которые живут в среде обитания, даже если сам гербицид не является для них непосредственно токсичным.

    Все химические вещества токсичны

    Из приведенного выше обсуждения следует, что при достаточно интенсивном воздействии даже обычные химические вещества могут быть ядовитыми. На самом деле, даже вода может быть токсичной, если человек выпьет достаточно за короткий промежуток времени. Это происходит из-за того, что физиологическая способность регулировать содержание солей в плазме крови может быть нарушена слишком быстрым питьем слишком большого количества воды, вызывая токсический синдром, называемый гипонатриемией. В зависимости от массы тела смертельная доза для взрослого составляет 5-10 л при приеме внутрь в течение часа или меньше.Точно так же, если доза достаточно велика, углекислый газ, столовый сахар (сахароза), поваренная соль (хлорид натрия), аспирин (ацетилсалициловая кислота), употребление алкоголя (этанол) и другие регулярно принимаемые химические вещества могут вызвать отравление (таблица 15.3).

    Это фундаментальное правило биологии было впервые подчеркнуто Филипом фон Парацельсом (1493-1541), швейцарским врачом и алхимиком, который считается отцом «современной» токсикологии. Один из его самых известных выводов можно перефразировать так: «Дозировка определяет отравление.”

    Пожалуй, во всех случаях существуют пороги толерантности к потенциально токсичным химическим веществам. Толерантность возникает потому, что у организмов есть физиологические механизмы, позволяющие выводить токсины из организма, метаболизировать их до менее токсичных веществ или изолировать (хранить) их в определенных тканях организма, где они не причинят вреда. У организмов также есть механизмы восстановления повреждений, нанесенных тканям или биохимическим системам, при условии, что химическое воздействие не слишком велико и не наносит чрезмерных повреждений.Для того, чтобы химическое вещество могло вызвать токсичность, возможности этих физиологических систем должны быть превышены.

    Толкование ущерба

    Понятие физиологических порогов толерантности помогает определить различие между загрязнением и загрязнением, которое мы исследовали ранее. Идея пороговых значений также указывает на то, почему лучше всего рассматривать обсуждение с точки зрения «потенциально» токсичного воздействия химических веществ. Это особенно актуально, когда фактические концентрации в окружающей среде неизвестны и когда биологические риски чрезвычайно малых доз недостаточно изучены.Тем не менее, понятие биологических порогов толерантности несколько спорно, и не все токсикологи согласятся с объяснением только что дали. Эти ученые считают, что воздействие даже одной или нескольких молекул некоторых видов химических веществ может иметь токсикологическое значение. Это особенно верно в отношении химических веществ, которые считаются канцерогенными при чрезвычайно малых воздействиях, а также радионуклидов и высокоэнергетических форм ионизирующей энергии, таких как рентгеновские лучи и гамма-излучение.

    Часто риски для людей, подвергающихся воздействию химических веществ, интерпретируются иначе, чем риски для других видов, особенно диких животных и растений. Это связано с тем, что преобладающие культурные установки придают гораздо большее значение жизни и здоровью отдельных людей, чем других видов. Таким образом, существует особое нежелание, как социальное, так и регулирующее, допускать воздействие на человека многих видов потенциально токсичных химических веществ.

    Тем не менее, нормы и правила, как правило, значительно менее строги в отношении воздействия на человека, которое происходит на рабочем месте, по сравнению с воздействием, не связанным с профессиональной деятельностью.Это признание того факта, что значительные риски присущи деятельности и условиям окружающей среды многих профессий. Особенно серьезным опасностям подвергаются пожарные, полицейские, военнослужащие, операторы тяжелой техники и рабочие химической промышленности. В определенных пределах химическое воздействие, связанное с заработком на жизнь, обычно интерпретируется как «затраты на ведение бизнеса» и, следовательно, может считаться приемлемым.

    Однако такое отношение может заметно измениться со временем.Определенные профессиональные вредности, которые когда-то считались обычными и допустимыми, теперь считаются неприемлемыми. Например, когда синтетические органические инсектициды, такие как ДДТ, были впервые представлены в середине 1940-х и 1950-х годах, люди были на удивление небрежно их использовать. Рабочие часто применяли эти инсектициды с минимальным вниманием, чтобы избежать воздействия на себя и других. Такое плохо контролируемое использование сегодня немыслимо, особенно в относительно хорошо регулируемых странах, таких как Канада.

    Кроме того, многие люди добровольно подвергаются токсикологически значительным дозам определенных химических веществ. Эти варианты включают занятия опасными видами деятельности, курение сигарет, прием лекарств и рекреационных наркотиков. Последствия такого рода «добровольных» воздействий интерпретируются с использованием критериев, отличных от критериев, применяемых к «недобровольным».

    Если химические вещества вызывают токсичность для других видов, кроме человека, важность этого эффекта интерпретируется на основе следующих соображений:

    • Наблюдаются ли измеримые изменения в популяциях пораженных видов? С экологической точки зрения, ущерб на уровне популяции является наиболее важным соображением, даже несмотря на то, что признано, что смерть отдельного организма достойна сожаления.Популяции всех видов обладают определенной степенью устойчивости и могут переносить некоторую смертность, вызванную токсичными химическими веществами, без общего сокращения.
    • Важны ли затронутые виды для сохранения целостности своего сообщества? Экологические философии предполагают, что все виды обладают внутренней ценностью. Тем не менее виды сильно различаются по своему вкладу в функционирование и структуру своего сообщества. Так называемые краеугольные породы имеют доминирующее влияние (Глава 9).Существенные изменения в их численности следует рассматривать как относительно важные по сравнению с ущербом, нанесенным более мелким видам.
    • Имеет ли ущерб экономическое значение? Это соображение подразумевает ущерб ресурсам, которые необходимы человеку и, следовательно, имеют экономическую ценность. В этом смысле ущерб считается относительно важным, если он причинен охотничьим животным, таким как олени или форель, деревьям, которые можно собирать для производства целлюлозы или пиломатериалов, или жизненно важным экологическим услугам, таким как обеспечение чистой водой и воздухом. .С чисто утилитарной точки зрения ущерб, нанесенный неэкономическим ценностям, как видам, так и услугам, можно рассматривать как менее важный.
    • Другие соображения, менее ощутимые, чем только что упомянутые, включают оценку ущерба с эстетической или этической точки зрения. Эти соображения также важны, но их трудно интерпретировать с точки зрения рисков или преимуществ для благосостояния человека. В результате эстетические или этические соображения редко отражаются в нормативных критериях или в управлении потенциально токсичными химическими веществами в окружающей среде.

    В широком смысле экологические риски — это опасности — вероятность понести ущерб или несчастье в результате воздействия биологических или экологических обстоятельств. Риски связаны с вождением автомобиля, полетом на самолете, занятиями спортом, походами в пустыню, воздействием токсичных химикатов и вставанием с постели по утрам. Экологические риски взаимодействуют с биологическими факторами, чтобы определить вероятность возникновения какого-либо ущерба, например, развития рака или получения травмы.

    Статистики присваивают значения вероятности многим видам рисков, используя данные, основанные на предыдущем опыте, например, частоту автомобильных аварий или случаев отравления химическим веществом, таким как конкретное лекарство. Этот подход проиллюстрирован в Таблице 15.4, в которой обобщены недавние причины смертности в Канаде. Эти данные показывают, что средний канадец имеет годовой риск смерти около 0,7% (рассчитанный как отношение общей годовой смертности к численности населения страны).

    Таблица 15.4. Причины смертности в Канаде. Эти данные обобщают наиболее важные причины смерти канадцев (в 2011 г.). Источник: данные Статистического управления Канады (2014).

    Данные о менее распространенных экологических рисках получить труднее. Обычно они должны разрабатываться на основе прогностических моделей, основанных на знаниях медицинской науки и вероятном воздействии окружающей среды. Однако оба этих вида информации несовершенны, потому что они основаны на неполном понимании взаимодействий между воздействиями окружающей среды и биологическими реакциями.Следовательно, рассчитанные факторы риска неточны и иногда противоречивы. Эти вопросы особенно важны для таких заболеваний, как рак, для которых существует длительный латентный период (часто несколько десятилетий) между воздействием и развитием.

    Рак — основная причина смертности в Канаде и других относительно богатых странах. Однако примечательно мало известно о конкретных экологических и биологических факторах, которые предрасполагают организмы к развитию различных типов рака.В таблице 15.5 обобщены данные исследования, в котором оценивались риски смерти от рака, связанные с несколькими потенциально способствующими факторами. Из примерно 0,5 миллиона смертей от рака, которые ежегодно происходят в Соединенных Штатах, факторы питания считаются наиболее важными предрасполагающими факторами, на которые приходится около 35% смертности, за ними следуют курение табака (30%) и инфекции (10%). ), репродуктивное и сексуальное поведение (7%). Из различных рисков курение легче всего предотвратить: это добровольное воздействие является причиной около 86% случаев рака легких, а также других заболеваний (Canadian Cancer Society, 2005).Около половины канадских курильщиков умрут от недуга, связанного с курением, большинство из них в возрасте до 70 лет.

    Население Канады составляет 10,8% от населения США, а количество смертей от рака составляет 11,3% от населения США. Эти аналогичные пропорции, наряду со сравнимым образом жизни канадцев и американцев, предполагают, что оценочные риски, приведенные в таблице 15.5, также актуальны для канадцев.

    Таблица 15.5. Оценка риска смерти от рака. Раковые заболевания сгруппированы по их возможным причинам с точки зрения воздействия окружающей среды.Эти данные являются наилучшей оценкой для населения США, диапазон оценок указан в скобках. Источники: модифицировано по материалам Gough (1989) и Канадского онкологического общества (2008).

    Изображение 15.6. Курение влечет за собой добровольное воздействие широкого спектра химических веществ, которые считаются токсичными. Кроме того, некурящие непроизвольно подвергаются воздействию побочного дыма, делясь с курильщиками в общественных местах или дома. Источник: Б. Фридман.

    Несмотря на отличные данные (и здравый смысл) об известных рисках многих видов деятельности, люди часто предпочитают подвергать себя очевидным рискам травм или болезней.Примеры рискованных действий включают катание на лыжах по крутому склону, прыжки с тарзанки, курение сигарет и употребление алкоголя. Более того, люди также подвергаются опасностям, над которыми они не могут повлиять, то есть непреднамеренным рискам, таким как преступность, загрязненный наружный воздух и пестициды в пищевых продуктах. Восприятие риска — важное соображение. Один опрос канадцев показал, что люди осведомлены и обеспокоены широким спектром рисков для их здоровья и благополучия (таблица 15.6). Люди особенно обеспокоены рисками, связанными со здоровьем, связанными с выбором образа жизни, такими как курение сигарет, употребление рекреационных наркотиков или алкоголя, а также поведение, связанное с воздействием СПИДа (вируса ВИЧ).Люди также обеспокоены воздействием потенциально токсичных химических веществ в атмосфере, питьевой воде и пищевых продуктах.

    Таблица 15.6. Общественное восприятие рисков различных экологических и медицинских опасностей. Данные, основанные на национальном опросе 1503 канадцев, указывают на процентную долю группы опроса, которая выбрала указанную категорию. Сумма не составляет 100%, потому что некоторые респонденты сказали, что они «не знали». Источник: данные Krewski et al. (2006)

    Очевидно, что люди понимают, что факторы окружающей среды представляют опасность для здоровья человека.Однако часто они плохо понимают реальные риски, в отличие от предполагаемых рисков. Иногда люди считают определенные высокие риски несущественными, в то время как гораздо меньшие риски считают чрезмерно важными. Тем не менее, общественное восприятие рисков имеет чрезвычайно важное влияние на политиков, лиц, определяющих политику, и бюрократов в правительстве и промышленности, а также на их решения, касающиеся управления и регулирования опасностей для окружающей среды и здоровья.

    Оценка экологического риска

    Оценка экологического риска — это оценка рисков, связанных с опасностью для окружающей среды.Оценка риска может дать количественную оценку угроз людям, а также другим видам и более широким экологическим ценностям. Оценка риска требует знания трех факторов:

    1. вероятность столкновения с опасностью
    2. вероятная интенсивность опасности
    3. биологический ущерб, который может возникнуть в результате прогнозируемого воздействия

    Метеоролог, например, может предсказать вероятность удара молнии в конкретное место при различных погодных условиях.Вероятность этого намного выше во время грозы, чем в солнечные условия, и больше под большим деревом в открытом поле, чем рядом с кустом в канаве. Также известно энергосодержание типичного удара молнии, как и биологический ущерб, нанесенный человеку, в который может быть нанесен удар. Обладая этой информацией, относительно легко смоделировать риски поражения от молнии, связанные с нахождением посреди открытого поля или под деревом в том же поле, в солнечный день или во время грозы.Это простой пример оценки экологического риска. Оценка риска потенциально токсичного воздействия химических веществ может проводиться для отдельных организмов, для популяций или для экологических функций, таких как продуктивность, разложение и круговорот питательных веществ. Чтобы оценить риски, связанные с воздействием химических веществ, необходимо знать два фактора: интенсивность воздействия (ожидаемая доза) и биологический ущерб, который может быть причинен прогнозируемым воздействием. Интеграция этих двух типов информации известна как зависимость доза-реакция (Рисунок 15.1).

    Рисунок 15.1. Концептуальные модели отношений доза-реакция. Модель (а) предполагает, что чем больше полученная доза, тем большая часть популяции подвергается воздействию. ED50 представляет собой дозу, которая влияет на 50% исследуемой популяции (эффективная доза). Если измеряемым биологическим ответом является смерть, используется термин LD50, или доза, убивающая 50% населения (летальная доза). Модель (b) предполагает, что большие дозы имеют более выраженный эффект на физиологию (или на экологическую функцию).В этом случае скорость биологической функции наносится на график в зависимости от химического воздействия, и данные выражаются в процентах от контрольной скорости (в отсутствие химического вещества). На этой кривой ED50 представляет дозу, необходимую для снижения скорости функции на 50%.

    Зависимость доза-реакция может быть определена путем проведения экспериментов, в которых, например, популяции организмов подвергаются воздействию различных количеств химического вещества. Результаты простых экспериментов «доза-реакция» с участием нескольких гербицидов показаны на рисунке 15.2.

    Рисунок 15.2. Примеры кривых доза-ответ. Обратите внимание на чрезвычайно широкий диапазон доз, которые были исследованы в этих экспериментах. Каждый эксперимент включает контрольную обработку, включающую нулевую дозу химического вещества. График (а) описывает влияние гербицида 2,4-D на скорость роста микоризного гриба Hebeloma longicaudum. График (b) иллюстрирует влияние гербицида 2,4,5-Т на прорастание семян с поверхности органического мата сплошного среза. График (c) показывает влияние 2,4,5-T на разложение опада из листьев.Источники: данные Estok et al. (1989), Флетчер и Фридман (1989) и Мораш и Фридман (1989).

    Иногда можно сделать вывод о зависимости «доза-реакция», изучая характер повреждений в реальном мире. Например, интенсивность загрязнения может быть определена на различных расстояниях от крупного точечного источника выбросов, такого как электростанция или плавильный завод. Таким образом, подверженность загрязнению может быть связана с характером экологического ущерба, который может наблюдаться по градиенту токсического стресса.Характер загрязнения и экологического ущерба вокруг большого плавильного завода недалеко от Садбери — один из примеров такой взаимосвязи (см. Главы 16 и 18).

    Оценка воздействия исследует все способы, которыми организмы могут столкнуться с потенциально токсичным уровнем химического вещества. Например, люди могут подвергаться воздействию ртути различными путями, каждый из которых может быть количественно определен (измерен или рассчитан с использованием прогностической модели). Основные пути воздействия включают: вдыхание паров ртути, присутствующих в атмосфере, прием ртути, растворенной в питьевой воде, и потребление металла в продуктах питания, особенно в некоторых видах рыб и органов животных.В число основных направлений воздействия также входят различные источники, такие как определенные пигменты, используемые в керамике и красках, и зубные пломбы из ртути-амальгамы.

    Скорость ассимиляции химического вещества в кровоток и органы сильно различается в зависимости от пути воздействия. Ассимиляция зависит от нескольких факторов, включая метаболические характеристики органа, в который всасывается химическое вещество, например, легкие, желудочно-кишечный тракт или кожа. Физико-химическая форма вещества также влияет на динамику его усвоения.Например, ртуть может присутствовать в виде элементарного пара или жидкости, в виде неорганических соединений, таких как хлорид ртути, и в виде ртутьорганических комплексов, таких как метилртуть (особенно биодоступное и ядовитое соединение). Общее воздействие на человека — это сумма химических веществ, усваиваемых всеми путями, которые обычно сильно различаются по своему действию.

    Относительная важность различных источников химического вещества в некоторой степени зависит от образа жизни и занятий человека. Они влияют на то, как часто и в какой степени встречаются различные источники.Например, стоматологи могут контактировать с парами ртути, потому что этот металл иногда используется для изготовления пломб. Кроме того, рацион, богатый некоторыми видами крупных океанических рыб, такими как палтус, акула, рыба-меч и тунец, относительно богат ртутью (см. Главу 18). Следовательно, и стоматологи, и потребители крупной рыбы могут подвергаться более высокому риску воздействия ртути.

    После проведения оценки воздействия можно предсказать биологические опасности на основе известных зависимостей «доза-реакция».К сожалению, информация о реакции на дозу часто бывает неполной или даже отсутствует. Например, большинство гипотез о потенциальной зависимости доза-реакция у людей фактически выводится из исследований, которые проводились в лабораториях с использованием других млекопитающих, таких как собаки, мыши, обезьяны, свиньи и крысы. Эти виды обладают физиологическими, анатомическими и поведенческими характеристиками, которые в целом аналогичны человеческим, но они также различаются во многих отношениях. Следовательно, большинство оценок воздействия на человека следовых количеств химических веществ в окружающей среде неточны.

    Кроме того, информация о зависимостях доза-реакция практически отсутствует для диких видов и для экологических функций, таких как продуктивность и круговорот питательных веществ. Как и в случае оценок, ориентированных на человека, обычно используются данные для суррогатных (или прокси) видов, которые считаются типичными для их дозовых реакций.

    Например, исследование может быть предпринято для прогнозирования потенциальных последствий попадания определенных химических веществ в определенное озеро. Маловероятно, что соответствующие данные о доза-реакция будут доступны для видов рыб в экосистеме.Следовательно, прогнозы обычно делаются с использованием информации для косвенных видов, таких как радужная форель (Salvelinus gairdneri) или толстоголовый гольян (Pimephales promelas). Эти рыбы хорошо изучены в токсикологических лабораториях и широко используются в качестве индикаторов. Точно так же потенциальное воздействие на сообщество зоопланктона можно предсказать, используя информацию, доступную для хорошо изученных видов, таких как водяные блохи Daphnia magna и Ceriodaphnia dubia, в то время как оценка риска для фитопланктона может использовать данные для одноклеточных водорослей Selenastrum capricornutum и Chlorella vulgaris. .

    Результаты оценки риска для экосистемы или ее части (например, сообщества), если они основаны на лабораторных исследованиях суррогатных видов, всегда являются неопределенными. Это особенно верно, если прогнозируются потенциальные последствия химического воздействия в естественном контексте окружающей среды. Однако такая оценка риска — лучшее, что можно сделать в большинстве случаев, поскольку для проведения более всесторонних исследований редко бывает достаточно средств или времени. Тем не менее, поскольку эти методы намеренно переоценивают потенциальные риски, они обеспечивают консервативное руководство для целей управления.

    Подробнее 15.2. Мутагены, тератогены и имитаторы гормонов Мутагены, тератогены и гормонально активные вещества представляют собой следовые химические вещества и другие агенты, которые присутствуют в окружающей среде и могут влиять на генетику или метаболизм животных, если присутствуют в незначительных концентрациях. Они могут присутствовать в природе или быть связаны с антропогенными выбросами. Относительно интенсивное воздействие этих агентов на диких животных может происходить в водной среде обитания, на которую влияют сточные воды заводов, сточные воды или поля, обработанные пестицидами.Воздействие на человека связано с курением (включая непроизвольное воздействие), употреблением жирного мяса (особенно если его приготовили на гриле) и некоторых других продуктов, а также с проживанием в городской среде, которая обычно загрязнена рядом веществ.

    Мутаген — это вещество или агент, вызывающий генетическую мутацию, означающую изменение кодирующей последовательности нуклеиновых кислот в ДНК или РНК. Воздействие мутагенов может привести к «безвредным» мутациям, то есть неизвестно, как генетические изменения приводят к серьезным биохимическим последствиям.Однако в других случаях мутация может привести к деформации или заболеванию, например, к многим видам рака. Рак может быть конечной точкой мутаций, происходящих в (соматических) клетках тела, в то время как мутации сперматозоидов и яйцеклеток могут приводить к наследственным изменениям, которые могут передаваться потомству. Мутаген окружающей среды — это мутаген, который встречается в окружающей среде. Случаи генотоксичности наблюдались у диких животных, например опухоли у рыб и у лягушек, рожденных с лишними конечностями. У людей генотоксичность может быть связана с некоторыми видами рака и с врожденными врожденными дефектами, которые обычно встречаются примерно у 3% рождений.Генотоксичность может быть вызвана воздействием различных химикатов и других агентов. Сильные мутагены, которые используются в биомедицинских исследованиях, включают этилметансульфонат и нитрозогуанидин. К другим источникам лабораторной и экологической генотоксичности относятся следующие:

    • высокоэнергетическое (ионизирующее) излучение, связанное с ультрафиолетом-B, рентгеновскими лучами и гамма-излучением
    • полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), такие как бензо (а) пирен
    • полихлорированные дифенилы (ПХД) и некоторые пестициды
    • метилртуть и некоторые другие металлы
    • Афлатоксин присутствует в заплесневелых орехах и зернах
    • Диметилнитрозамин, содержащийся в пищевых продуктах, обработанных нитритом
    • выхлоп дизеля
    • стоки с целлюлозных заводов
    • табак и дым для барбекю

    Тератоген — это агент, вызывающий аномальное развитие эмбриона или плода.Он может действовать через мутагенность или каким-либо другим способом, например физическим раздражением клеток или тканей. Известный пример тератогенного повреждения был вызван талидомидом, лекарством, которое назначали беременным женщинам в качестве успокаивающего средства в 1950-1961 годах. Доказано, что талидомид способен проникать через плаценту и вызывать разрушительные аномалии конечностей (крайнее укорочение или отсутствие конечностей) у плода, а его медицинское применение привело к эпидемии серьезно деформированных детей. Другой известный тератоген — этиловый спирт (алкоголь в напитках), чрезмерное употребление которого во время беременности может вызвать алкогольный синдром плода.Воздействие вируса краснухи во время беременности также может привести к серьезной деформации плода. В окружающей среде встречается тератоген из окружающей среды, и это воздействие могло увеличить количество уродств у диких животных, включая моллюсков, рыб и земноводных.

    Гормонально активное вещество — это гормон или другое химическое вещество, которое аналогичным образом влияет на регуляцию биохимии. Гормоны — это химические посредники, которые проходят через систему кровообращения, пока не достигнут специфических рецепторных клеток в органах-мишенях, где они регулируют физиологию.Они вырабатываются эндокринной системой, которая состоит из различных желез, таких как надпочечники, яичники, поджелудочная железа, гипофиз, семенники и щитовидная железа. Гормоны помогают регулировать рост, развитие, метаболизм, отложение жира, поддержание электролитного баланса в жидкостях, сексуальность и поведенческие реакции на внешние раздражители (такие как возбуждение и испуг). Примеры гормонов включают следующее:

    • адреналин (адреналин) и норадреналин (норадреналин), которые представляют собой гормоны надпочечников, которые стимулируют организм реагировать на стрессовое состояние повышением кровяного давления, уровня сахара в крови и частоты сердечных сокращений (это иногда называют «бегством или борьбой» ответ)
    • эстроген, женский половой гормон, вырабатываемый яичниками, и андрогены, мужские гормоны, вырабатываемые яичками
    • инсулин, вырабатываемый поджелудочной железой для регулирования использования и хранения углеводов (включая сахар в крови)
    • гормон щитовидной железы, влияющий на рост и метаболизм практически всех клеток организма

    Поскольку гормоны необходимы для здоровой физиологии, развития и поведения, любое серьезное нарушение их активности может иметь серьезные последствия для организмов.Некоторые химические вещества, присутствующие в окружающей среде, в том числе природные и другие, являющиеся антропогенными, могут вызывать такое вмешательство и известны как имитаторы гормонов. Например, некоторые растения содержат так называемые фитоэстрогены, которые могут влиять на гормональную физиологию животных, питающихся ими. Примеры растений с относительно высоким уровнем фитоэстрогенов включают сою (Glycine max), красный клевер (Trifolium pratense), лен (Linum vulgare) и черный кохош (Cimicifuga racemosa). Некоторые женщины используют травяные сборы этих растений для облегчения симптомов менопаузы.Другие природные фитоэстрогены использовались в противозачаточных таблетках для контроля фертильности человека.

    Многие другие вещества, присутствующие в окружающей среде, также гормонально активны, включая широкий спектр химических веществ, выделяемых в результате деятельности человека. Даже при очень малых воздействиях они могут имитировать или блокировать действие определенных гормонов, что приводит к физиологическим изменениям. Это может иметь пагубные последствия для диких и домашних животных, а также для людей. Следующие антропогенные химические вещества считаются гормонально активными в результате воздействия окружающей среды:

    • хлорорганических соединений, включая диоксины (такие как ТХДД), полихлорированные бифенилы (ПХД) и инсектициды ДДТ, дильдрин и линдан
    • прочие пестициды, включая атразин, перметрин и трифлуралин
    • трибутилолово, используемое в качестве морского противообрастающего средства
    • Алкилфенолы, используемые в качестве поверхностно-активных веществ, например нонилфенол
    • определенные пластификаторы, такие как дибутилфталат и бутилбензилфталат
    • природных гормонов и синтетических стероидов из противозачаточных средств, которые выбрасываются в окружающую среду со сточными водами или встречаются в виде остатков в продуктах питания, включая эстрадиол, эстрон и тестостерон
    • фитоэстрогены в сточных водах целлюлозных заводов, включая куместаны, изофлавоны и лигнаны

    Биологические эффекты мутагенов окружающей среды, тератогенов и гормонально активных веществ еще недостаточно изучены.Хотя присутствие многих из этих агентов в окружающей среде широко отмечается, ученые еще не знают, какой уровень загрязнения может привести к неприемлемому количеству биологических повреждений. Это привело к спорам о потенциальном воздействии этих биоактивных химических веществ на диких животных и людей: некоторые люди рекомендуют подход с высокой степенью осторожности, в то время как другие считают, что необходимо больше доказательств косвенного ущерба, прежде чем будут применяться строгие методы контроля.Несмотря на то, что есть наблюдения за некоторыми местными популяциями диких животных, которым нанесен значительный ущерб, пока нет убедительных доказательств воздействия на людей воздействия этих агентов из окружающей среды. Конечно, любой значительный уровень генетического ущерба или вреда, нанесенного человеческому развитию, будет считаться неприемлемым.

    Ссылки: Phillips and Venitt (1995), Machachlan and Guillet (2002), Servos et al. (2008)

    Экологические стрессоры — это факторы, которые могут ограничивать продуктивность и воспроизводство организмов или развитие экосистем.Стрессоры могут быть естественными или антропогенными и могут действовать в краткосрочной перспективе (острые) или долгосрочные (хронические). Стрессовые факторы могут вызвать физические разрушения, например, когда лес пострадал от лесного пожара, урагана или заготовки древесины. Другие факторы стресса действуют, вызывая токсичность, например, когда организмы подвергаются воздействию солнечного ультрафиолетового излучения или пестицидов. Экологические риски связаны с воздействием множества факторов окружающей среды. Одним из основных направлений деятельности в науке об окружающей среде является изучение этих рисков и прогнозирование их воздействия на людей, другие виды и экосистемы.

    1. Какие бывают факторы экологического стресса? Приведите пример каждого.
    2. Объясните разницу между загрязнением и заражением?
    3. Чем отличаются токсикология, экологическая токсикология и экотоксикология?
    4. Используйте данные таблицы 15.4 как основу для краткого эссе о рисках смерти. Убедитесь, что вы соотносите риски с воздействием окружающей среды, где это уместно.
    1. Приведите примеры естественного загрязнения и беспокойства в регионе, где вы живете.Какие соображения определяют, как общество оценивает важность природных и антропогенных источников?
    2. Сравните экологические эффекты возмущения, замещающего сообщества, и микровосприятия с разрывом фазы. Как знание этих эффектов полезно для разработки экологически приемлемых методов сбора ресурсов и управления ими? В качестве примера возьмем старовозрастные леса.
    3. Что вы считаете пятью наиболее важными рисками для вашего здоровья? Сравните свой список с данными в Таблице 15.4 и 15.5. В чем сходства и различия? Почему они существуют?
    4. Если все химические вещества потенциально токсичны, должно ли общество допускать какое-либо воздействие этих потенциальных рисков для здоровья? Обсудите это утверждение и его концептуальную ошибку.
    1. Как можно использовать данные, представленные в Таблице 15.2 для гербицида глифосата, для оценки вероятности того, что люди или животные страдают от токсичности, когда это химическое вещество используется в сельском, лесном хозяйстве или дома (все это обычные применения)? Какая дополнительная информация вам понадобится для проведения всесторонней оценки риска для этого химического вещества? Как насчет учета косвенного воздействия на диких животных, вызванного изменениями в растительности на обработанных территориях?

    Бегон, М., Р.В. Хоуорт и К.Р. Таунсенд. 2014. Основы экологии. 4-е изд. Wiley, Кембридж, Великобритания.

    Канадское онкологическое общество. 2014. Информация о раке. Канадское онкологическое общество, Регина, Словакия. http://www.cancer.ca/en/?region=ns По состоянию на декабрь 2014 г.

    Кларк, Л. 1991. Приемлемый риск? Принятие решений в токсичной среде. Калифорнийский университет Press, Беркли, Калифорния.

    Cote, R.P. and P.G. Уэллс. 1991. Контроль химических опасностей: основы обращения с токсичными химическими веществами.Анвин Хайман, Лондон, Великобритания.

    Эсток Д., Б. Фридман и Д. Бойл. 1989. Влияние гербицидов 2,4-D, глифосата, гексазинона и триклопира на рост трех видов эктомикоризных грибов. Бюллетень загрязнения окружающей среды и токсикологии, 42: 835-839.

    Флетчер, К. и Б. Фридман. 1986. Влияние некоторых гербицидов, используемых в лесном хозяйстве, на разложение подстилки. Канадский журнал исследований леса, 16: 6-10. Форбс, В. и Т. Forbes. 1994. Экотоксикология в теории и практике.Chapman & Hall, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

    Фридман Б. 1991. Споры по поводу использования гербицидов в лесном хозяйстве, с особым упором на использование глифосата. Журнал экологической науки и здоровья, C8: 277-286.

    Freedman, B. 1995. Экология окружающей среды. 2-е изд. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

    Гоф М. 1989. Оценка смертности от рака. Наука об окружающей среде и технологии, 23: 925-930.

    Ходж Р.А., П.Р. Уэст и Р. Грегори-Ивс. 1996. Токсичные вещества.Глава в Докладе о состоянии окружающей среды Канады за 1996 год. Окружающая среда Канады, Оттава, Онтарио.

    Хоффман, Д.Дж., Б.А. Раттнер, Г.А. Бертон и Дж. Кэрнс. (Ред.). 2003. Справочник по экотоксикологии, 2-е изд. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.

    Йоргенсен, Э. 2010. Экотоксикология. Academic Press, Дэн Диего, Калифорния.

    Коллуру Р.В., С.М. Бартелл, Р. Питбальдо и С. Стрикофф (ред.). 1996. Справочник по оценке и управлению рисками для специалистов в области окружающей среды, здоровья и безопасности. Макгроу Хилл, Нью-Йорк, штат Нью-Йорк.

    Кревски, Д., Л. Лемир, М.С. Тернер, L.E.C. Ли, К. Даллер, Л. Бушар, К. Бранд и П. Мерсье. 2006. Общественное восприятие рисков для здоровья населения в Канаде: опасности для здоровья и источники информации. Оценка рисков для человека и окружающей среды, 12: 626-644.

    Landis, W.G. and M.-H. Ю. 2004. Введение в токсикологию окружающей среды: воздействие химических веществ на экологические системы. 3-е изд. CRC Press, Бока Ротан, Флорида.

    Маклахлан, Дж. А. и L.J. Guillette (редакторы).2002. Гормоны окружающей среды: научная основа эндокринных нарушений. Анналы Нью-Йоркской академии наук, 948, 142 стр.

    Мораш Р. и Б. Фридман. 1989. Влияние нескольких гербицидов на прорастание семян в лесной подстилке. Канадский журнал исследований леса, 19: 347-350.

    Мориарти, Ф. 1999. Экотоксикология: изучение загрязнителей в экосистемах. 3-е изд. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

    Ньюман, M.C. и W.H. Клементс. 2008. Экотоксикология: комплексное лечение.Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида.

    Одум, Е.П. 1985. Ожидаемые тенденции в стрессовых экосистемах. BioScience, 35: 419-422.

    Одум, Е.П. и Г. Барретт. 2004. Основы экологии. Брукс Коул, Флоренция, Кентукки. Филлипс, Д.Х. и С. Венитт (редакторы). 1995. Экологический мутагенез. Academic Press, Сан-Диего, Калифорния.

    Rombke, J. and J.F. Moltmann. 1995. Прикладная экотоксикология. CRC Press, Бока-Ратон, Флорида.

    Schuurmann, G. and B. Markert (Eds.). 1998. Экотоксикология: экологические основы, химическое воздействие и биологические эффекты.Wiley & Sons, Нью-Йорк.

    Schindler, D.W. 1987. Обнаружение реакции экосистемы на антропогенный стресс. Канадский журнал рыболовства и водных наук, 44: 6-25.

    Сервос, М., П. Делорм, Г. Фокс, Р. Сатклифф и М. Уэйд. 2008. Вещества, разрушающие эндокринную систему. В: Угрозы источникам питьевой воды и здоровью водных экосистем в Канаде, Министерство охраны окружающей среды Канады, Оттава, Онтарио. http://publications.gc.ca/pub?id=9.558191&sl=0

    Смит, W.H. 1984. Экосистемная патология: новый взгляд на фитопатологию.Экология и управление лесами, 9: 193-219.

    Статистическое управление Канады. 2014. Основные причины смерти в разбивке по полу. Таблица CANSIM 102-0561, Статистическое управление Канады, Оттава, Онтарио. http://www.statcan.gc.ca/tables-tableaux/sum-som/l01/cst01/hlth46a-eng.htm По состоянию на ноябрь 2014 г.

    Suter, G (ред.). 2007. Оценка экологического риска, 2-е изд. Тейлор и Фрэнсис, Бока-Ратон, Флорида. Томас, С.П. и С.Э. Грудей. 1997. Риск смерти в Канаде: что мы знаем и как мы это знаем. Университет Альберты Пресс, Эдмонтон, AB.

    Tschirley, F.H. 1986. Диоксин. Scientific American, 254 (2): 29-35.

    Причины изменения климата — Метеорологическое бюро

    Что вызывает изменение климата?

    Климат на Земле менялся с момента ее образования 4,5 миллиарда лет назад. До недавнего времени причиной этих изменений были природные факторы. Природные влияния на климат включают извержения вулканов, изменения орбиты Земли и сдвиги земной коры (известные как тектоника плит).

    За последний миллион лет Земля пережила серию ледниковых периодов («ледниковые периоды») и более теплые периоды («межледниковье»).Ледниковые и межледниковые периоды повторяются примерно каждые 100 000 лет, что вызвано изменениями орбиты Земли вокруг Солнца. Последние несколько тысяч лет Земля находилась в межледниковый период с постоянной температурой.

    Однако после промышленной революции 1800-х годов глобальная температура повышалась гораздо быстрее. Благодаря сжиганию ископаемого топлива и изменению способов использования земли человеческая деятельность быстро стала основной причиной изменений нашего климата.

    Как работает климатическая система?

    Парниковые газы и парниковый эффект

    Некоторые газы в атмосфере Земли улавливают тепло и не дают ему улетучиваться в космос.Мы называем это «парниковыми газами». Эти газы действуют как согревающее одеяло вокруг Земли, известное как «парниковый эффект».

    Парниковые газы происходят как из антропогенных, так и из естественных источников. Такие газы, как углекислый газ, метан и закись азота, естественным образом встречаются в атмосфере. Другие, такие как хлорфторуглероды (ХФУ), производятся только в результате деятельности человека.

    Когда коротковолновое излучение Солнца достигает Земли, большая его часть проходит сквозь нее и попадает на поверхность. Земля поглощает большую часть этого излучения и испускает длинноволновое инфракрасное излучение.

    Парниковые газы поглощают часть этого инфракрасного излучения вместо того, чтобы уходить прямо в космос. Затем атмосфера испускает излучение во всех направлениях, отправляя часть его обратно на поверхность, в результате чего планета нагревается. Этот процесс известен как «парниковый эффект».

    Парниковый эффект имеет решающее значение для нашего выживания. Фактически, без парниковых газов Земля была бы примерно на 30 градусов холоднее, чем сегодня. Без парниковых газов и их согревающего эффекта мы не смогли бы выжить.

    Однако после промышленной революции мы добавляли в воздух все больше и больше парниковых газов, задерживая еще больше тепла. Вместо того, чтобы поддерживать на Земле теплую и стабильную температуру, парниковый эффект нагревает планету гораздо быстрее. Мы называем это «усиленным парниковым эффектом», и это основная причина изменения климата.

    Человеческие причины изменения климата

    Люди вызывают изменение климата, выбрасывая в воздух углекислый газ и другие парниковые газы.Сегодня в атмосфере больше углекислого газа, чем когда-либо за последние 800 000 лет. В течение 20-го и 21-го веков уровень углекислого газа вырос на 40%.

    История атмосферного углекислого газа (источник: Энди Якобсон, CIRES / NOAA)

    Мы производим парниковые газы разными способами:

    • Сжигание ископаемого топлива — Ископаемые виды топлива, такие как нефть, газ и уголь, содержат углекислый газ, который был «заперт» в земле на протяжении тысяч лет.Когда мы вынимаем их из земли и сжигаем, мы выбрасываем накопленный углекислый газ в воздух.
    • Вырубка лесов — Леса удаляют и хранят углекислый газ из атмосферы. Вырубка означает, что углекислый газ накапливается быстрее, так как нет деревьев, которые могли бы его поглотить. Мало того, когда мы сжигаем деревья, они выделяют накопленный ими углерод.
    • Сельское хозяйство — При выращивании сельскохозяйственных культур и выращивании животных в воздух выбрасывается множество различных типов парниковых газов.Например, животные производят метан, который в 30 раз сильнее углекислого газа в качестве парникового газа. Закись азота, используемая для удобрений, в десять раз хуже и почти в 300 раз сильнее углекислого газа!
    • Цемент — Производство цемента является еще одним фактором изменения климата, вызывая 2% всех наших выбросов углекислого газа.

    Природные изменения климата

    Основной причиной изменения климата является деятельность человека и выбросы парниковых газов.Однако существует множество естественных причин, которые также приводят к изменениям в климатической системе.

    Естественные циклы могут вызывать смену климата между потеплением и похолоданием. Существуют также естественные факторы, вызывающие изменение климата, известные как «принуждения». Несмотря на то, что эти естественные причины способствуют изменению климата, мы знаем, что они не являются первопричиной, основываясь на научных данных.

    Некоторые из этих природных циклов включают:

    • Циклы Миланковича — Когда Земля движется вокруг Солнца, ее траектория и наклон ее оси могут незначительно изменяться.Эти изменения, называемые циклами Миланковича, влияют на количество солнечного света, падающего на Землю. Это может вызвать изменение температуры Земли. Однако эти циклы происходят в течение десятков или сотен тысяч лет и вряд ли вызовут те изменения климата, которые мы наблюдаем сегодня.
    • Эль-Ниньо Южное колебание (ЭНСО) — ЭНСО — это образец изменения температуры воды в Тихом океане. В год «Эль-Ниньо» глобальная температура повышается, а в год «Ла-Нинья» — понижается.Эти закономерности могут повлиять на глобальную температуру на короткий промежуток времени (месяцы или годы), но не могут объяснить стойкое потепление, которое мы наблюдаем сегодня.

    Что такое Эль-Ниньо, что оно означает и как влияет на погоду во всем мире?

    Природные воздействия, которые могут способствовать изменению климата, включают:

    • Солнечное излучение — Изменение солнечной энергии в прошлом влияло на температуру Земли.Однако мы не видели ничего достаточно сильного, чтобы изменить наш климат. Любое увеличение солнечной энергии сделало бы всю атмосферу Земли теплой, но мы можем видеть только потепление в нижнем слое.
    • Извержения вулканов — Вулканы неоднозначно влияют на наш климат. Извержения производят аэрозольные частицы, которые охлаждают Землю, но они также выделяют углекислый газ, который нагревает ее. Вулканы производят в 50 раз меньше углекислого газа, чем люди, поэтому мы знаем, что они не являются основной причиной глобального потепления.Кроме того, преобладающим эффектом извержений вулканов является охлаждение, а не потепление.

    Ответственны ли люди за изменение климата?

    Если посмотреть на все свидетельства, то можно прийти к большому научному консенсусу в отношении того, что люди являются основной причиной изменения климата. В своем последнем отчете Межправительственная группа экспертов по изменению климата заявила с уверенностью более 95%, что деятельность человека является основной причиной глобального потепления.

    Естественные климатические циклы могут изменять температуру Земли, но изменения, которые мы наблюдаем, происходят с такими масштабами и скоростью, которые естественные циклы не могут объяснить.Эти циклы влияют на глобальную температуру годами, а иногда и месяцами, а не 100 лет, которые мы наблюдали. Между тем, долгосрочные изменения, такие как циклы Миланковича и солнечное излучение, занимают тысячи и тысячи лет.

    На изменение климата влияет множество факторов, но доказательства неопровержимы. Человеческая деятельность, такая как сжигание ископаемого топлива и изменение способов использования земли, является основной причиной изменения климата.

    Деятельность человека оказывает противоположное влияние на распространение узкодисперсных и широко распространенных видов растений в Китае

    Значение

    Деятельность человека может приводить к сокращению и расширению ареала обоих видов.Предполагается, что на реакцию видов на деятельность человека влияет размер их географического ареала. Здесь мы проверяем идею о том, что антропогенное воздействие вызывает сокращение ареала обитания мелких видов, но способствует расширению ареала обычных видов, используя данные о распространении 9701 растения по всему Китаю, чтобы изучить связь деятельности человека с тем, насколько виды восполняют свой климатический потенциал. диапазоны. Мы обнаружили, что узкодисперсные и широко распространенные виды действительно демонстрировали противоположные реакции на деятельность человека, при этом их ареал, заполняемый под влиянием человека, уменьшался и увеличивался соответственно.Эти данные свидетельствуют о том, что деятельность человека привела к сокращению ареалов узкодиапазонных видов, но расширила ареалы широко распространенных видов, что привело к биотической гомогенизации по всему Китаю.

    Abstract

    Человеческая деятельность сформировала крупномасштабное распространение многих видов, приводя как к сокращению, так и к расширению ареала. Виды естественным образом различаются по размеру ареала, при этом мелкие виды сосредоточены в определенных географических районах и потенциально могут отличаться с экологической точки зрения от широко распространенных видов.Следовательно, реакция видов на деятельность человека может зависеть от размера их географического ареала, но если и как это произойдет, неизвестно. Здесь мы используем всеобъемлющую базу данных о распространении и моделирование распространения видов, чтобы изучить, повлияла ли и как деятельность человека на то, в какой степени 9 701 сосудистое растение заполняют свои ареалы климатического потенциала в Китае. Мы обнаружили, что виды с узким ареалом имеют более низкое заполнение ареала, а широко распространенные виды имеют более высокое заполнение ареала в юго-восточной части Китая, где преобладает человек, по сравнению с их аналогами, распространенными в менее подверженной влиянию человека северо-западной части.Различия в заполнении ареала между видами и пространством тесно связаны с показателями человеческой деятельности (плотность населения, след человека и доля пахотных земель) даже после учета альтернативных факторов. Важно отметить, что виды с узким диапазоном и широко распространенные виды показывают отрицательные и положительные отношения заполнения диапазона с этими человеческими показателями, соответственно. Наши результаты показывают, что флоры подвергаются риску биотической гомогенизации в результате антропогенной деятельности, при этом узкодисперсные виды заменяются широко распространенными видами.Поскольку виды, обитающие в узком диапазоне, более многочисленны, чем широко распространенные в природе, негативные последствия деятельности человека будут преобладать. Наши результаты подчеркивают важность создания большего количества охраняемых территорий и зон с сокращенной антропогенной деятельностью для защиты богатой флоры Китая.

    Биоразнообразие важно само по себе, а также для общества, поскольку оно обеспечивает разнообразные экосистемные услуги, от многочисленных продуктов и регулирования климата до культурных и даже психологических благ (1).Однако деятельность человека сильно повлияла не только на местное биоразнообразие, но и на крупномасштабное распространение видов, с усилением воздействия за последние столетия и десятилетия из-за экспоненциального увеличения численности населения, потребления ресурсов и технологических возможностей (2, 3) . Следовательно, существует растущая потребность в понимании воздействия деятельности человека на распределение видов, например, с точки зрения риска исчезновения (3⇓⇓⇓ – 7).

    Антропогенная деятельность может приводить к сокращению и расширению ареалов обоих видов.Многие виды потеряли значительные ареалы распространения из-за интенсификации землепользования и связанной с этим утраты местообитаний, а также других видов деятельности человека (3, 4, 8), при этом значительное их количество даже вымерло во всем мире (6, 7). Около 20% видов растений в мире считаются находящимися под угрозой исчезновения (9). Деятельность человека также привела к расширению ареала многих других видов, примером чего является распространение чужеродных видов, которому способствует глобальный перенос (10). Тем не менее, многие местные виды в регионе также испытали увеличение ареала за счет расселения, вызванного человеком, и способности процветать в антропогенных ландшафтах (11).Эти противоположные процессы, сокращение и расширение ареала, объединяются, чтобы вызвать биотическую гомогенизацию, когда биотические сообщества становятся более схожими в таксономическом отношении из-за потери редких и отличных видов («проигравшие») и экспансии чужеродных или обычных местных видов («победители»). ) (12, 13). Было показано, что биотическая гомогенизация является обычным результатом интенсификации землепользования и нарушения человеком (11, 14).

    Виды естественным образом различаются по размеру ареала, при этом мелкие виды сосредоточены в определенных географических районах и потенциально отличаются в экологическом отношении от широко распространенных видов (15), например, имеют более специализированные требования к среде обитания (16).В мире, где доминируют люди, узкодисперсные специализированные виды с большей вероятностью окажутся проигравшими, тогда как широко распространенные универсальные виды должны иметь более высокую вероятность оказаться в выигрыше (13). Сравнивая атласы распространения 736 видов растений в Великобритании и Эстонии, обследованных за 2 периода с интервалом около 30 лет, Laanisto et al. (4) обнаружили, что виды с меньшими размерами ареалов при первом обследовании потеряли большую часть своих ареалов. Было также обнаружено, что более специализированные виды птиц во Франции более негативно реагируют на нарушение ландшафта и фрагментацию (17).И наоборот, в сильно нарушенных тропических лесах Атлантики в Бразилии древесные породы, встречающиеся все чаще в период до 1980 г. и после 1980 г., имеют тенденцию к широкому распространению (11). Также было показано, что вероятность натурализации вида за пределами его естественного ареала положительно связана с размером его естественного ареала и ареалом обитания (18, 19). Тем не менее, хотя ясно, что реакция видов на деятельность человека может зависеть от размера их географического ареала, если и как это происходит, все еще плохо изучено.

    Хотя на распространение видов может влиять деятельность человека, их распространение в широких масштабах в первую очередь определяется современным климатом и их способностью к расселению (20). В частности, экологическая ниша вида и климатические условия на поверхности Земли определяют его потенциальные районы распространения. Однако эти потенциальные диапазоны часто не полностью заняты из-за ограничения распространения, а также биотических взаимодействий (21, 22). Следовательно, реализованные ареалы видов часто находятся в неравновесном состоянии с текущим климатом, заполняя ограниченную часть их ареалов климатического потенциала.Например, установлено, что европейские древесные породы в совокупности занимают 38% от своего потенциального ареала, что в значительной степени может быть связано с ограничением расселения после ледникового периода (23). Степень равновесия ареала с климатом, определяемая природными факторами, может быть искажена деятельностью человека. Заполнение ареала (RF; отношение реализованного / потенциального размера ареала) видов в регионе может увеличиваться или уменьшаться из-за антропогенной деятельности. В восточной части Северной Америки было показано, что распространение нескольких видов деревьев связано с поселениями коренных американцев, при этом вероятность их присутствия увеличивалась или уменьшалась вблизи деревень и троп (24), что, вероятно, привело к увеличению или уменьшению RF.

    Китай — одна из самых богатых видами стран, по последним оценкам, около 36 000 сосудистых растений, благодаря его разнообразным экологическим характеристикам и уникальной истории эволюции (25, 26). Однако в последнем Красном списке высших растений Китая 3879 видов, или 11% оцененных видов, были определены как находящиеся под угрозой исчезновения (27). Китай в целом страдал от высокого антропогенного давления в течение нескольких тысячелетий (28, 29). Из-за отсутствия обширных исторических данных о распространении растений в Китае, как и в большинстве регионов мира, до сих пор ни одно исследование не давало прямой оценки воздействия человека на распространение многих видов растений в национальном масштабе.Несмотря на большую численность населения в Китае, существует четкая дифференциация в национальном масштабе в плотности населения (HPD), при этом большинство людей, живущих в юго-восточной и северо-западной частях, гораздо менее заселены (рис. 1 A ). Две части примерно разделены прямой линией, известной как линия Ху Хуаньюн (HHL), простирающейся от города Хэйхэ (провинция Хэйлунцзян) до уезда Тэнчун (провинция Юньнань) (30). Юго-восточная часть занимает всего 43% площади суши Китая, но поддерживает 94% всего населения.Сравнение этих двух регионов дает возможность исследовать влияние человека на распространение растений в больших масштабах при адекватном контроле экологических различий, при этом менее интенсивно заселенная северо-западная часть обеспечивает исходный уровень, в котором виды заполняют свои потенциальные ареалы в относительно естественных условиях.

    Рис. 1.

    Воздействие человека на наполнение видового ареала сосудистых растений Китая. ( A ) HPD по Китаю с разрешением 20 × 20 км. Пунктирной линией обозначена линия Ху Хуаньонг, разделяющая Китай на северо-западную и юго-восточную части.Ячейки сети с низким и высоким HPD (классифицированные по медиане, 13,5 человек на квадратный километр) разделены черными контурами. ( B ) Гистограмма заполнения видового ареала. Синим и зеленым цветом показаны виды, у которых> 80% ареалов находится в юго-восточной или северо-западной частях соответственно, а желтым показаны остальные виды. Красная вертикальная пунктирная линия показывает медианное значение заполнения диапазона. ( C ) Сравнения заполнения ареалов между северо-западными и юго-восточными видами в пределах 30% видов с наиболее узким ареалом (≤1145 ячеек сетки) и 30% видов с наиболее широким ареалом (≥2 475 ячеек сетки).Цифры над диаграммой показывают количество видов в каждой категории. *** П <0,001. ( D ) Контурный график, показывающий влияние взаимодействия между HPD и размером ареала на заполнение ареала видов. Заполнение диапазона на графике — это значения, предсказанные моделью бета-регрессии, при сохранении других предикторов в качестве их средних наблюдаемых значений.

    Здесь мы собрали данные о распределении по Китаю с разрешением 20 × 20 км для 9 701 вида сосудистых растений и оценили диапазон климатического потенциала каждого вида с использованием моделей распределения видов (SDM).Затем мы рассчитали RF каждого вида, наложив его потенциальный диапазон на его наблюдаемый диапазон. Затем RF сравнивали между видами, которые в основном были распространены в северо-западной или юго-восточной частях Китая. Мы также вычислили географические закономерности среднего RF для ячейки сетки (MRF), а именно среднего RF для видов, встречающихся в каждой ячейке сетки 200 × 200 км. Затем было смоделировано изменение РФ между видами и пространством на основе трех показателей деятельности человека (HPD; человеческий след, HFP; доля пахотных земель, пахотных земель) и других потенциальных детерминант, таких как топография, текущий климат и четвертичное изменение климата.Чтобы оценить, зависит ли реакция видов на деятельность человека размером их географического ареала, мы проверили эффект взаимодействия между размером ареала и факторами воздействия человека, а также провели анализ для 30% самых узких и 30% самых широких диапазонов. виды соответственно. Мы предполагаем, что 1) РФ у видов с узким ареалом снижается, в то время как РФ у широко распространенных видов увеличивается в юго-восточном Китае из-за интенсивного антропогенного влияния; и 2) вариации RF между видами и пространством сильно связаны с деятельностью человека, даже после учета альтернативных факторов, с отрицательными отношениями для узкодиапазонных видов, но положительными отношениями для широко распространенных видов.

    Результаты

    Заполнение ареала по видам.

    Используя ансамбль SDM, мы подсчитали, что виды занимают значительную часть своего климатического потенциального диапазона (рис. 1 B ). Среднее значение RF составило 75,4%, а среднее значение — 73,4% (стандартное отклонение 15,7%). Всего насчитывалось 870 видов (9,0% от общего числа) с РФ менее 50%. Виды, находящиеся под угрозой, имели значительно более низкий RF (медиана 66,1%), чем виды, не находящиеся под угрозой (медиана 75,5%; SI Приложение , рис. S1).

    В целом виды с более чем 80% ареалов своего распространения в северо-западном или юго-восточном Китае заполнили аналогичный процент своих потенциальных ареалов со средним значением 74.2 и 76,2% соответственно (рис. 1 Б ). Однако узкодиапазонные и широко распространенные виды показали противоположные различия в РФ между северо-западными и юго-восточными видами. Юго-восточные виды имели более низкий RF, чем северо-западные виды для 30% видов с наиболее узким ареалом, но более высокие RF для 30% видов с наиболее широким ареалом (рис. 1 C ), что соответствует влиянию деятельности человека, зависящему от размера ареала. Вышеупомянутые результаты были подтверждены моделями бета-регрессии с учетом нескольких независимых переменных (Таблица 1 и SI Приложение , Таблицы S1 и S2), поскольку термин взаимодействия между человеческим воздействием и размером диапазона был положительным и больше, чем влияние человека. эффект, указывающий на то, что деятельность человека оказывает негативное влияние на ограниченные виды, но положительно влияет на широко распространенные виды (рис.1 D , Таблица 1, и SI Приложение , Таблицы S1 и S2).

    Таблица 1.

    Бета-регрессия заполнения ареала видов против объясняющих переменных

    Модели заполнения географических ареалов.

    MRF решетчатых клеток всех, узкодиапазонных и широко распространенных видов демонстрирует сильные и отчетливые пространственные паттерны (рис. 2). Учитывая все виды, высокий MRF в основном наблюдался в юго-восточном Китае, тогда как низкий MRF наблюдался на северо-западе, с широко распространенными видами, показывающими аналогичную пространственную структуру.Однако узкодисперсные виды демонстрировали дивергентную картину, при этом высокая MRF в основном наблюдалась в северо-западном Китае. Паттерны MRF ячеек сетки отличались от географических паттернов наблюдаемых и потенциальных размеров диапазона, где большие размеры обычно наблюдались в более высоких широтах ( SI Приложение , рис. S2), показывая, что паттерны в RF не были просто за счет изменения размера диапазона. Эта независимость была также подтверждена географическими паттернами в среднем по ячейкам сетки остатков RF видов после контроля размера диапазона, поскольку они сильно коррелировали с соответствующими паттернами MRF ( r = 0 по Пирсону.997 и 0,966 для узкодисперсных и широко распространенных видов соответственно; SI Приложение , рис. S3).

    Рис. 2.

    Географические закономерности заполнения среднего ареала ячеек сетки для всех видов ( A ), 30% видов с наиболее узким ареалом ( B ) и 30% видов с наиболее широким ареалом ( C ). Ячейки сетки без данных отображаются серым цветом.

    Как простой регрессионный, так и множественный регрессионный анализ показали, что географические модели MRF имеют сильную связь с деятельностью человека, которая даже сопоставима или сильнее, чем с природными факторами, такими как топография, текущий климат и изменение палеоклимата (рис.3, Таблица 2, и SI Приложение , Рис. S4 и Таблицы S3 – S5). Однако, что касается анализа на уровне видов, деятельность человека оказала противоположное влияние на узкодисперсные и широко распространенные виды, при этом их MRF снижается и увеличивается с интенсивностью деятельности человека, соответственно (Рис. 3 и SI Приложение , Рис. S4 ). Для видов с узким диапазоном значений человеческие факторы воздействия имели самую сильную связь с MRF среди объясняющих переменных. На широко распространенные виды антропогенные факторы оказали сильное и положительное влияние, но более слабые, чем нынешний климат.Соотношения для всех видов были аналогичны таковым для широко распространенных видов.

    Рис. 3.

    Взаимосвязи между заполнением среднего ареала ячеек сетки и HPD для всех видов ( A ), 30% видов с наиболее узким ареалом ( B ) и 30% видов с наиболее широким ареалом ( С ). Линии построены с помощью простых линейных регрессий. HPD преобразован в log 10 .

    Таблица 2.

    Множественные линейные регрессии среднего ареала заполнения ячеек сетки для всех видов, 30% видов с наиболее узким ареалом и 30% видов с наиболее широким ареалом в зависимости от независимых переменных и выбранных пространственных фильтров на основе собственных векторов

    Обсуждение

    Наши результаты показывают, что распространение сосудистых растений в регионах Китая с преобладанием человека в значительной степени определяется антропогенной деятельностью, при этом узкие и широко распространенные виды испытывают сокращение и расширение ареала, соответственно.Более низкий RF для видов с узким диапазоном и более высокие значения для широко распространенных видов на юго-востоке, где преобладает человек, по сравнению с их аналогами на менее интенсивно заселенном северо-западе, можно отнести, по крайней мере, частично, к деятельности человека. Влияние человека на распространение растений дополнительно подтверждается прочной связью между географическими моделями MRF ячеек сетки и деятельностью человека как для узкодисперсных, так и для широко распространенных видов, даже после учета топографии, текущего климата, палеоклимата и пространственной автокорреляции.

    Хотя условия окружающей среды в исследуемых регионах различаются, сильная связь между РФ и видами, и космосом, и деятельностью человека сохраняется даже после учета основных экологических различий. Кроме того, RF-паттерны и ассоциации с деятельностью человека были последовательными для основных форм и порядков роста растений, показывая, что контрастирующие RF-паттерны регионов не могут быть объяснены различиями в функциональном или филогенетическом составе. Противоположные реакции узкодисперсных и широко распространенных растений на антропогенную деятельность могут быть связаны с их различной чувствительностью к изменению среды обитания, вызванному деятельностью человека.Узконаправленные виды могут быть более уязвимы к изменениям в землепользовании и, как правило, исключаются из нарушенных местообитаний (31, 32). Например, в сообществах эпифитов в молодых вторичных лесах в Эквадоре преобладают виды с более широким географическим ареалом и более широкими экологическими нишами по сравнению с видами в девственных лесах (32). Кроме того, недавнее глобальное исследование с несколькими кладками обнаружило более широко распространенные виды в сообществах в нарушенных местообитаниях по сравнению с естественными местообитаниями, а также увеличило численность широко распространенных видов, но снизило численность видов с узким диапазоном (31).Вероятно, это связано с тем, что условия окружающей среды в нарушенных местообитаниях не переносятся многими специализированными видами (32). Кроме того, виды деревьев-победителей в контексте вмешательства человека чрезмерно представлены видами-первопроходцами из-за их высокой способности прижиться в нарушенных местообитаниях (11). Эти виды-пионеры обычно имеют более крупные ареалы (15). Кроме того, опосредованное человеком распространение полезных растений может избирательно нацеливаться на широко распространенные виды из-за таких факторов, как узнаваемость и доступность.Недавнее исследование пальм в Южной Америке действительно показало, что широко распространенные виды используются людьми преимущественно по сравнению с видами, обитающими в узком диапазоне (33).

    Хотя широко распространено мнение о том, что реализованные ареалы видов часто находятся в неравновесном состоянии с современным климатом, существует немного исследований, изучающих степень, в которой виды заполняют свои ареалы климатического потенциала, и лежащие в основе детерминанты (23). Установлено, что ограничение расселения и способность видов к расселению после ледникового периода имеют большое значение для РФ (23, 34, 35).Наши результаты показали, что помимо этих природных факторов важную роль может сыграть и деятельность человека. Это показывает, что показатель RF полезен при оценке воздействия человека на крупномасштабное распространение видов. Мы действительно обнаружили, что виды растений, находящиеся под угрозой исчезновения в Китае, имеют более низкий RF, чем виды, не находящиеся под угрозой ( SI Приложение , рис. S1 A ). Несмотря на то, что Китай пострадал от высокого, но неоднородного антропогенного давления, дескрипторы человеческой деятельности объясняют лишь ограниченное разнообразие видов древесных растений в Китае, которое, напротив, в основном связано с климатом (36).Поскольку РФ учитывает текущий климат через возможные диапазоны, влияние человека становится более очевидным в географических структурах РФ. Из-за ограниченной доступности данных о временном распределении влияние человека на распространение растений в крупных масштабах не исследовалось часто (4). Радиочастотный подход, использованный в этом исследовании, обеспечивает возможный способ оценки антропогенного воздействия на ареалы видов для многих видов без данных о динамическом распределении, но с хорошим охватом с точки зрения данных о распространении.

    Размер ареала видов широко используется для оценки риска исчезновения видов (37). Общая идея состоит в том, что виды с узким ареалом имеют более высокий риск исчезновения при стохастических угрозах из-за их небольших ареалов распространения (38). В дополнение, наши результаты предполагают, что виды с узким диапазоном более чувствительны к антропогенной деятельности, таким образом, с большей вероятностью будут проигравшими видами. Наши результаты подчеркивают важность узкодисперсных видов в оценке пространственных закономерностей риска исчезновения и принятии решений о приоритетных природоохранных территориях.Поскольку широко распространенные виды вносят непропорционально больше данных о распределении, узкодисперсные виды недостаточно представлены в общих моделях сводных биологических показателей, таких как видовое богатство (39) или MRF по сетке. Для обеспечения репрезентативности при оценке приоритетных территорий для сохранения следует специально рассматривать модели биоразнообразия узкодисперсных видов.

    В этом исследовании мы не рассматривали взаимодействия видов, почвенные и другие неклиматические факторы окружающей среды, которые могут повлиять на распространение растений.Мы отмечаем, что объем и содержание этого исследования выходят за рамки масштабной области, где эти факторы обычно ограничивают диапазон растений (20). Кроме того, это исследование было сосредоточено на контрастах РФ между разными регионами, а не на абсолютных значениях. Из-за широко распространенной гористой местности в Китае средние климатические условия по ячейкам сетки могут плохо отражать топоклимат, что может привести к более значительным прогнозируемым распределениям потенциала (40) и, следовательно, к более низкому RF. Однако диапазон высот в ячейках сетки сопоставим между юго-востоком и северо-западом Китая при разрешении 20 × 20 км ( SI Приложение , рис.S9). По сравнению с предыдущими исследованиями, посвященными европейским растениям (23, 35), сосудистые растения в Китае оцениваются как имеющие более высокий RF, вероятно, из-за методологических различий. Во-первых, мы исследовали только виды, имеющие не менее 20 встреч, а более 20000 видов с более узкими ареалами не были включены (41). Поскольку виды с узким диапазоном, как правило, имеют низкий RF (42), оценки RF исследованных видов, вероятно, представляют относительно высокие уровни RF по сравнению с всей флорой. Во-вторых, здесь использовались сложные алгоритмы SDM, а не прямолинейное моделирование климатической оболочки, что может давать консервативные диапазоны потенциалов (23).Мы отмечаем, что консервативные потенциальные диапазоны могут быть более подходящими для измерения антропогенного воздействия на отсутствие в потенциальных диапазонах за счет лучшего исключения областей с относительно низкой климатической пригодностью. В-третьих, наблюдаемые диапазоны с грубым разрешением (200 × 200 км) могут содержать незанятые районы, даже если климатически неподходящие районы были удалены путем наложения их на прогнозируемые распределения с разрешением 20 × 20 км. Однако маловероятно, что географические структуры РФ будут искажены, поскольку данные распределения имели одинаковое разрешение по исследуемой территории.

    Таким образом, в этом исследовании была измерена степень, в которой 9 701 вид сосудистых растений заполняют свои климатические потенциальные ареалы по всему Китаю, и проанализировано антропогенное воздействие на РФ узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно. Мы обнаружили, что узкодисперсные и широко распространенные виды демонстрировали противоположные отношения к деятельности человека, причем их RF уменьшались и увеличивались под влиянием человека, соответственно. Эти результаты согласуются с тем, что флора подвергается биотической гомогенизации из-за деятельности человека, при этом узкодисперсные виды заменяются широко распространенными видами.Виды с узким диапазоном, определенные в этом исследовании, на самом деле даже не самые редкие, потому что они были определены как имеющие не менее 20 вхождений, чтобы можно было моделировать. Более того, в Китае примерно в 2 раза больше сосудистых растений с более узким ареалом (41). Поскольку общая картина заключается в том, что виды с узким диапазоном распространения более многочисленны, чем широко распространенные виды в природе (43), поэтому негативное воздействие деятельности человека на распространение растений, вероятно, очень распространено. Наши результаты подчеркивают важность создания большего количества охраняемых территорий и зон с сокращенной антропогенной деятельностью, чтобы помочь смягчить негативное воздействие человека на богатое разнообразие растений Китая, особенно на виды с узким диапазоном распространения, а также необходимость содействия восстановлению видов с узким диапазоном как цель обширных программ Китая по восстановлению экосистем.

    Материалы и методы

    Данные по видам.

    Данные о распространении видов взяты из Китайской базы данных о распространении сосудистых растений, которая была составлена ​​на основе более 6 миллионов экземпляров и более 1000 опубликованных флор, контрольных списков и отчетов о кадастрах (41). Все записи в этой базе данных были привязаны к пространственной единице уровня округа, и большинство из них также содержали описания мест сбора. Поскольку эти записи с разрешением округа были относительно неточными для построения SDM, мы дополнительно привязали эти записи к более высоким разрешениям, таким как города, деревни и конкретные места отбора проб, в соответствии с описанием местности, а затем получили информацию о широте и долготе.Затем эти географически привязанные записи были объединены в ячейки сетки с разрешением 20 × 20 км. Для дальнейшего анализа были отобраны виды с более чем 20 присутствиями, в результате чего осталось 9 784 исследуемых вида, принадлежащих к 1929 родам и 264 семействам, с общим количеством 974 596 записей о присутствии, агрегированных из 4 287 352 записей с координатами, с географической привязкой из 7 034 587 записей на уровне округа. Записи присутствия с разрешением 20 × 20 км использовались для SDM, тогда как записи на уровне округа проецировались с разрешением 200 × 200 км, которые использовались для описания наблюдаемого распределения видов.Мы выбрали разрешение 200 × 200 км, потому что инвентаризация видов при таком грубом разрешении была относительно полной, тогда как выборка на уровне округа и более высокого разрешения, вероятно, была занижена (44) ( SI Приложение , рис. S10).

    Данные по окружающей среде.

    Мы извлекли текущие климатические переменные из базы данных WorldClim 1.4 с разрешением 2,5 ‘за период с 1960 по 1990 год, включая 19 биоклиматических переменных (от bio1 до bio19), а также среднемесячную температуру и осадки (45).На основе среднемесячной температуры и количества осадков мы также вывели 2 часто используемых биоклиматических переменных: градусо-дни роста (с базовой температурой 5 ° C) и водный баланс (рассчитанный как разница между годовым количеством осадков и потенциальной эвапотранспирацией) (23). Эти 2 переменные плюс указанные выше 19 биоклиматических переменных использовались в качестве кандидатов-предикторов для прогнозирования потенциального распределения видов. Из-за сильной мультиколлинеарности среди этих переменных мы выполнили выбор переменных на основе интенсивности коллинеарности и предсказательной способности переменных ( SI Приложение ).Наконец, были выбраны 5 климатических переменных ( SI Приложение , рис. S11): сезонность температуры (bio4), минимальная температура самого холодного месяца (bio6), сезонность осадков (bio15), осадки самого теплого квартала (bio18) и самого холодного квартала. (биография19).

    Мы использовали 3 показателя человеческой деятельности для объяснения вариаций RF видов и географических паттернов MRF ячеек, включая HPD, HFP и пахотные земли из открытых источников ( SI Приложение , Рис. S12 и Таблица S8). Эти переменные были сильно коррелированы ( SI Приложение , Таблица S9) и, таким образом, включены в статистические модели ниже по отдельности.Помимо антропогенного воздействия, на РФ также могут влиять топография и палеоклиматические изменения (23). Для топографии мы использовали диапазон высот, который был определен как диапазон высот в каждой ячейке сетки с использованием данных о высоте с пространственным разрешением 1 км ( SI Приложение , рис. S12). Для палеоклиматических изменений мы использовали температурную аномалию с момента последнего ледникового максимума (LGM), которая была рассчитана как разница между текущей среднегодовой температурой (MAT) и средним значением двух оценок MAT во время LGM из моделирования моделей CCSM4 ( 46) и MIROC-ESM (47) из WorldClim ( SI Приложение , рис.S12). Мы также включили текущий MAT и среднегодовое количество осадков (MAP) для контроля экологических различий по всему Китаю, даже несмотря на то, что текущий климат использовался для прогнозирования потенциальных диапазонов видов и, следовательно, в некоторой степени уже учитывался при вычислении RF ( SI Приложение ). , Рис. S12).

    Моделирование распространения видов.

    Ансамблевый подход использовался для прогноза распределения видового потенциала в ячейках сетки 20 × 20 км (48). Мы использовали 4 алгоритма моделирования: обобщенная линейная модель, обобщенный аддитивный режим, случайный лес и максимальная энтропия.Поскольку для этих алгоритмов требуются фоновые данные или данные псевдоотсутствия, мы сгенерировали 20 наборов псевдоприсутствия для каждого вида с таким же размером каждого, как количество присутствий (49). Из-за пространственных предубеждений в наблюдаемых присутствиях мы выбрали псевдоотсутствия со смещением, аналогичным обнаруженным в данных о встречаемости, используя метод целевой группы, вместо того, чтобы выбирать псевдоотсутствия случайным образом по всему исследуемому региону ( SI Приложение ) (50). Вероятность выбора ячейки сетки была взвешена по среднему количеству записей на вид ( SI Приложение , рис.S13). Затем мы откалибровали модели с использованием 70% случайной выборки исходных данных и сравнили их с оставшимися 30% данных с использованием истинной статистики навыков (TSS) и площади под кривой рабочих характеристик приемника, которые были повторены 5 раз. Те модели с TSS> 0,5 были включены для построения модели ансамбля. Оценку прошли 9 701 вид, которые были использованы для дальнейшего анализа. Сгенерированные SDM ансамбля в целом имеют хорошие характеристики ( SI Приложение , рис.S14). Затем откалиброванные модели проецировались на текущее климатическое пространство, а ансамблевые прогнозы классифицировались по присутствию / отсутствию с пороговым значением путем максимизации TSS (51). Все моделирование проводилось с использованием пакета biomod2 на языке R (52).

    Расчет заполнения ареала видов.

    Для каждого вида мы рассчитали отношение наблюдаемого размера ареала к потенциальному как RF, чтобы измерить равновесие ареала с текущим климатом (набор данных S1). Как наблюдаемые, так и потенциальные размеры диапазона были измерены как количество ячеек сетки с разрешением 20 × 20 км.Однако надежные данные о распределении растений с высоким разрешением по всему Китаю в настоящее время недоступны. Поэтому мы наложили наблюдаемые распределения видов с разрешением 200 × 200 км с потенциальными распределениями с разрешением 20 × 20 км. Таким образом, все климатически подходящие ячейки сетки размером 20 × 20 км в ячейке сетки 200 × 200 км считались занятыми, когда вид наблюдался в ячейке сетки 200 × 200 км.

    В этом исследовании РФ использовался для обнаружения антропогенного воздействия на распространение видов.Помимо антропогенной деятельности, отсутствие в пределах диапазона климатического потенциала в более широких масштабах также может быть вызвано крупномасштабным ограничением распространения. Такое отсутствие чаще происходило в климатически подходящих районах за пределами наблюдаемых диапазонов. Поэтому мы использовали буферный минимальный выпуклый многоугольник длиной 200 км вокруг наблюдаемых диапазонов, чтобы ограничить диапазоны климатического потенциала. Затем мы повторили расчет и анализ, используя эти ограниченные диапазоны потенциалов. Полученные оценки RF и пространственные шаблоны RF были аналогичны тем, которые использовали неограниченные диапазоны потенциалов ( SI Приложение , рис.S15 – S17). Поэтому мы не проводили дальнейший анализ с использованием RF на основе ограниченных диапазонов потенциалов.

    Далее мы исследовали, варьируется ли RF в зависимости от категорий уровня угрозы (27), статуса эндемизма (53), типа растения и формы роста (41), используя тесты суммы рангов Вилкоксона и суммы рангов Крускала-Уоллиса. Поскольку в каждой категории было несколько видов, обозначенных как находящиеся под угрозой или почти находящиеся под угрозой исчезновения в наших изученных видах, мы объединили виды в категории МСОП, находящиеся под угрозой исчезновения (16 видов), исчезающие виды (82 вида), уязвимые (251 вид) и близкие к угрозе исчезновения. находящиеся под угрозой исчезновения (293 вида) как находящиеся под угрозой исчезновения, а затем сравнили их с видами, вызывающими наименьшее беспокойство (7 477 видов).Статус эндемизма показывает, является ли вид эндемичным для Китая (эндемики: 3141 вид; неэндемики: 6560 видов) (53). Типы растений были разделены на птеридофиты (715 видов), голосеменные (102 вида) и покрытосеменные (8 884 вида). Для покрытосеменных виды были далее разделены на однолетние травы (639 видов), многолетние травы (3583 вида), вьющиеся растения (950 видов), кустарники (2048 видов) и деревья (1441 вид).

    Заполнение ареала по видам и детерминантам.

    Чтобы проверить, оказывает ли деятельность человека противоположное влияние на узкодиапазонные и широко распространенные виды, мы сначала сравнили РФ между видами из регионов с низким и высоким влиянием человека для узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно.Северо-западная и юго-восточная части HHL в Китае представляют собой 2 смежных региона с разной интенсивностью человеческой деятельности. Хотя области с низкой или высокой человеческой активностью могут быть определены непосредственно на основе переменных человеческой активности, созданные регионы будут фрагментированы. Виды с их ≥80% наблюдаемых ареалов на северо-западе и юго-востоке были определены как северо-западные и юго-восточные виды, соответственно, которые представляли 2 группы видов, подверженных низкой и высокой активности человека.Затем мы ранжировали все изученные виды по наблюдаемому размеру ареала, независимо от регионов, где виды были в основном распространены. Виды с 30% наименьшим размером ареала (≤1145 ячеек сетки) были классифицированы как виды с узким диапазоном, а виды с 30% максимальным размером ареала (≥2,475 ячеек сетки) как широко распространенные виды ( SI Приложение , рис. S18 ). Внутри узкодиапазонных и широко распространенных видов северо-западные и юго-восточные виды имели одинаковые размеры ареала, и их RF сравнивали с помощью критерия суммы рангов Вилкоксона.Мы отмечаем, что узкодисперсные виды могут быть специалистами, которые сохраняются в ограниченных местообитаниях в пределах своего географического ареала и поэтому имеют более низкий RF по сравнению с широко распространенными видами (42) ( SI Приложение ).

    Во-вторых, мы проверили ассоциации между RF видов и независимыми переменными с бета-регрессией, используя пакет Betareg R (54). Бета-регрессия обычно используется для моделирования пропорциональных данных с ограничением от 0 до 1, которые обычно являются ненормальными и гетероскедастичными (54).Объясняющие переменные включали факторы воздействия человека (HPD, HFP и пахотные земли), диапазон высот, температурные аномалии, MAT, MAP и размер наблюдаемого ареала вида. Термин взаимодействия между факторами воздействия человека и размером диапазона был включен для проверки эффекта зависимости от размера диапазона деятельности человека. Здесь переменные среды были рассчитаны как среднее значение по диапазонам потенциальных видов. Мы выполнили обратный выбор модели на основе информационного критерия Акаике для выбора предикторов.HPD и пахотные земли были преобразованы log 10 для улучшения линейности и точности соответствия моделей. Все объясняющие переменные были стандартизированы для сравнения коэффициентов регрессии.

    Здесь мы не учли филогенетическое родство видов в тестах на значимость, которые потенциально могут увеличивать ошибку типа I. Затем был применен вложенный дисперсионный анализ для определения пропорций вариации RF на разных таксономических уровнях. Мы обнаружили, что большинство вариаций (77.3%) встречались на уровне вида, 18,8% на уровне рода и 4,0% на уровне семейства, что позволяет предположить, что RF на уровне вида не был сильно филогенетически зависимым.

    Географические закономерности и детерминанты заполнения ареалов.

    Помимо анализа на уровне видов, мы также использовали подход, основанный на комплексах, для суммирования RF видов в каждой ячейке сетки 200 × 200 км и изучения пространственных структур RF. Интегрируя оценки RF видов с данными распределения с разрешением 200 × 200 км, мы вычислили среднее значение RF видов, наблюдаемых в каждой ячейке сетки, для всех, узкодиапазонных и широко распространенных видов, соответственно.Чтобы проверить, были ли географические вариации MRF связаны с моделями размера диапазона, мы также вычислили медианное значение ячеек сетки как наблюдаемых, так и потенциальных размеров диапазонов и средние остатки ячеек сетки видов RF из регрессии против размера диапазона для всех, узко- ранжированных и широко распространенных видов, и сравнил их с MRF ( SI Приложение ).

    Затем мы использовали простые и множественные линейные регрессии, чтобы изучить связи между MRF и независимыми переменными, включая факторы воздействия человека (HPD, HFP и пахотные земли), диапазон высот, температурные аномалии, MAT и MAP.Однако пространственные коррелограммы и глобальная шкала Морана I показали сильные пространственные автокорреляции, представленные в остатках подобранных моделей множественной регрессии, которые могут завышать оценки ошибок типа I и коэффициентов смещения ( SI Приложение , рис. S19). Затем мы использовали подход пространственной фильтрации на основе собственных векторов для учета пространственной автокорреляции (55) ( SI Приложение ). Объясняющие переменные вместе с выбранными пространственными фильтрами использовались в качестве предикторов моделей множественной регрессии, остатки которых, следовательно, не имели пространственной автокорреляции ( SI Приложение , рис.S19). В качестве дополнения мы предоставляем результаты без учета пространственной автокорреляции в SI Приложение , таблицы S10 – S12; они соответствовали результатам моделирования с помощью пространственных фильтров.

    Стандартизированные коэффициенты регрессии и частичные R 2 были рассчитаны для измерения относительной важности независимых переменных. При статистическом анализе мы удалили ячейки сетки с площадью менее 12 000 км 2 , в результате чего осталось 253 ячейки сетки.Для улучшения линейности и нормальности остатков модели, HPD, пахотные земли, температурные аномалии и диапазон высот были преобразованы в log 10 . Все статистические анализы были выполнены с использованием R 3.4.3 (56). Анализ пространственной фильтрации был выполнен с использованием функции pcnm в веганском пакете R (57).

    Модели заполнения диапазонов в формах и порядках роста растений.

    Чтобы выяснить, можно ли обобщить, что узкодисперсные и широко распространенные виды имеют противоположные RF-паттерны и ассоциации с деятельностью человека, мы провели сравнения форм роста и эволюционно независимых линий.Различные формы роста и эволюционные линии имеют различные географические распределения, которые совместно определяются как экологическими, так и эволюционными процессами (25, 41). Сходство RF-паттернов и ассоциации с деятельностью человека в разных формах роста и клонах указывает на сходные механизмы, участвующие в генерации RF-паттернов в разных группах видов.

    Были оценены четыре формы роста (однолетние травы, многолетние травы, кустарники и деревья). Чтобы представить эволюционно независимые линии, мы выбрали отряды покрытосеменных с более чем 100 изученными видами в целом и не менее 5 узкодиапазонных и широко распространенных видов как в юго-восточных, так и в северо-западных регионах, в результате чего получилось 13 порядков: Asparagales, Asterales, Brassicales, Caryophyllales, Ericales, Fabales. , Gentianales, Lamiales, Malpighiales, Poales, Ranunculales, Rosales и Saxifragales.Мы исследовали различия РФ между северо-западными и юго-восточными видами в пределах узких и широко распространенных видов по этим формам и порядкам роста. Мы также рассчитали географические закономерности MRF и проанализировали их корреляции Пирсона с 3 индикаторами деятельности человека (HPD, HFP и пахотные земли) с использованием модифицированного теста Dutilleul et al. t (58) для проверки значимости (с учетом пространственной автокорреляции). ) для узкораспространенных и широко распространенных видов соответственно.

    Доступность данных.

    Основной источник данных о распространении видов, используемых в этом исследовании, информация об образцах, доступен через Китайский виртуальный гербарий (http://www.cvh.ac.cn). Продукты, основанные на данных о распределении видов (наблюдаемые виды и потенциальные размеры ареала и заполнение ареала), указаны в наборе данных S1.

    Благодарности

    Мы благодарим редакторов и анонимных рецензентов за их конструктивные комментарии, которые значительно улучшили рукопись. Мы благодарны докторам.Канран Лю и Цзянь Чжан за полезные обсуждения анализа данных и доктору Тиемей Чен за помощь в подготовке данных. Это исследование было поддержано Программой стратегических приоритетных исследований Китайской академии наук (XDA104). J.-C.S. был поддержан Европейским исследовательским советом (ERC-2012-StG-310886-HISTFUNC). J.-C.S. также считает эту работу вкладом в свой проект VILLUM Investigator (VILLUM FONDEN Grant 16549). М.-Г.З. был поддержан Национальным фондом естественных наук Китая (31700465) и Проектом прикладных фундаментальных исследований провинции Шаньси (201701D221217).Наборы данных, использованные в этом исследовании, частично предоставлены проектом NSII (Национальная информационная инфраструктура образцов Китая), который был поддержан Министерством науки и технологий Китая (Y5217G1001).

    Сноски

    • Вклад авторов: W.-B.X., J.-C.S. и K.-P.M. спланированное исследование; W.-B.X. проведенное исследование; W.-B.X., G.-K.C., M.-G.Z., J.-H.H., B.C. и K.-P.M. предоставленные данные о распределении растений; W.-B.X. проанализированные данные; и W.-B.X., J.-C.S., A.O. и K.-ВЕЧЕРА. написал газету.

    • Авторы заявляют об отсутствии конкурирующей заинтересованности.

    • Эта статья представляет собой прямое представление PNAS. А.Х. — приглашенный редактор по приглашению редакционной коллегии.

    • Эта статья содержит вспомогательную информацию в Интернете по адресу https://www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1

      1116/-/DCSupplemental.

    • Copyright © 2019 Автор (ы). Опубликовано PNAS.

    Причины и последствия распространения среди растений и животных

    Avise, J.C. Филогеография: история и Формирование вида . Кембридж, Массачусетс: Издательство Гарвардского университета, 2000.

    Заморозка, М. и Хендерсон, С. Распространение и статус толстого толстолобика и толстолобика Карп в Арканзасе. Североамериканский журнал Управления рыболовства 2 , 197–200 (1982) DOI: 10.1577 / 1548-8659 (1982) 22.0.CO; 2.

    Джонсон, С.А. и др. . Риск смертности увеличивается с дальностью рассеивания у американских куниц. Труды Лондонского королевского общества, серия B 276 , 3361–-3367 (2009) doi: 10.1098 / rspb.2008.1958.

    Лару, М. A. & Nielsen, C.K. Моделирование потенциальных коридоров распространения пумы в средний запад Северной Америки с использованием методов наименьших затрат. Экологическое моделирование 212 , 372–381 (2008) DOI: 10.1016 / j.ecolmodel.2007.10.036.

    Лорч, П. Д. и др. . Радиотелеметрия показывает различия в индивидуальных моделях передвижения между вспышкой и не вспышкой Популяции мормонов-сверчков. Экологический Энтомология 30 , 548–555 (2005) DOI: 10.1111 / j.0307-6946.2005.00725.x.

    Мате, Б. R., Nieukirk, S.L., & Krauss, S.D. Спутниковое наблюдение за перемещениями северный кит. Журнал дикой природы Менеджмент 61 , 1393–1405 (1997).

    Mix, C. и др. . Региональный поток генов и популяция Структура ветрораспределенных видов растений Hypochaeris radicata (Asteraceae) в сельскохозяйственном ландшафте. Молекулярная экология 15 , 1749–1758 (2006) doi: 10.1111 / j.1365-294X.2006.02887.x.

    Маттисен, E. Распространение в зависимости от плотности у птиц и млекопитающих. Экография 28 , 403–416 (2005) DOI: 10.1111 / j.0906-7590.2005.04073.x.

    Пенрод, К. и др. . Отсутствуют связи на южном побережье проект: Дизайн связи для соединения Санта-Моника-Сьерра-Мадре. юг Побережье Уайлдлендс, Идиллуайлд, США.