Материал: 1679

Если в какой-либо экосистеме уничтожается хищный вид, нарушается действие «принципа обратной связи». Сначала происходит быстрый рост численности жертв, что приводит к истощению запасов окружающей среды и к увеличению количества паразитов. Все это иногда заканчивается необратимым нарушением равновесия экосистемы.

Изменение параметров окружающей среды

Рис. 19. Гомеостатическое плато

Действие гомеостатических механизмов имеет свои пределы, при достижении которых дальнейшее увеличение положительной обратной связи ведет к необратимому нарушению всех процессов в экосистеме. Состоянию равновесия соответствует гомеостатическое плато (рис. 19) – участок, на котором «положительной обратной связи» противопоставлена «отрицательная обратная связь». При увеличении этих пределов происходит подавление жизнедеятельности организмов вплоть до их гибели.

Надежный гомеостатический контроль устанавливается только после длительной эволюции. Новые экосистемы более подвержены резким колебаниям и менее способны противостоять внешним воздействиям.

Природа не имеет гомеостатических механизмов, которые могли бы справиться с загрязнением окружающей среды. Установлено, что биосфера способна скомпенсировать любые возмущения, доля которых не превышает 1 % ее продукции. В настоящее время этот предел превышен в 10–15 раз. Антропогенное воздействие привело к тому, что природные экосистемы и вся биосфера стали терять способность к компенсации внешних воздействий.

5.2. Экологическая сукцессия

Даже в устойчивых экосистемах постоянно происходят медленные необратимые изменения. В большей степени они касаются живых организмов. При этом один биоценоз заменяется другим.

Последовательная смена биоценозов под воздействием внешних факторов называется экологической сукцессией. В ходе сукцессии меняется не только биоценоз, но происходит и постепенная смена биотопа (абиотических факторов среды).

Сукцессия может осуществляться естественным или искусственным путем. Естественным – под воздействием природных закономерностей,

искусственным – под воздействием человека. Скорость сукцессии в различных экосистемах может быть различной: одни меняются быстро, другие остаются неизменными многие сотни лет. Последовательные биоценозы, сменяющие друг друга на данном участке, называются стадиями, или сериями сукцессии. Сукцессия в определенной степени прогнозируема.

Для начала сукцессии необходимо свободное пространство. Сукцессия, которая начинается на свободном ранее участке (голом грунте, скале, песке), называется первичной. Сукцессия, развивающаяся на участке, с которого было удалено предыдущее сообщество (например, вследствие природных и антропогенных катастроф), является вторичной. Вторичная сукцессия протекает быстрее, так как на ранее заселенной территории существует почва, остаются семена растений, некоторые организмы. Так, первичная сукцессия может занимать тысячелетия, а вторичная – 150–200 лет. Различают автотрофную и гетеротрофную сукцессии.

Автотрофная происходит под воздействием солнечной энергии. При этом в сообществе преобладают автотрофные организмы. В ходе автотрофной сукцессии происходит усложнение сообщества, повышение устойчивости экосистем. На последних стадиях сукцессии обычно образуются стабильные сообщества.

В качестве примера автотрофной сукцессии рассмотрим сукцессию, начинающуюся на лесном пожарище (рис. 20).

Рис. 20. Автотрофная сукцессия на лесном пожарище

Через 1–2 года участок пожарища зарастает травой, через несколько лет появляются первые кустарники, через 20–25 лет территория покрывается лесом: сначала лиственным, а затем под сенью лиственных пород вырастают тенелюбивые хвойные, которые постепенно вытесняют лиственные. Через сто лет на участке пожарища растет хвойный лес.

Гетеротрофная сукцессия характерна для тех случаев, когда в экосистеме присутствует избыток органических веществ (загрязненные водоемы, гниющие растительные останки и т.п.) В сообществе в этом случает преобладают гетеротрофные организмы, поэтому запас энергии не увеличивается, а уменьшается. Результатом гетеротрофной сукцессии

является либо гибель всех организмов, либо существенное упрощение сообщества.

Примером гетеротрофной сукцессии будет «старение» водоемов. При этом происходит их зарастание от берегов к центру примерно в следующей последовательности: свободноплавающие растения – погруженные низкие растения – погруженные высокие растения – высокие подводные растения – торфяное болото. Этот процесс ускоряется при поступлении в водоем биогенных элементов (соединений азота, серы и др.) из промышленных и бытовых стоков.

Входе автотрофной сукцессии экосистема претерпевает радикальные изменения. Можно выделить две основные стадии сукцессии: развивающуюся и зрелую. Эти стадии характеризуются различными свойствами и разной степенью устойчивости.

Входе сукцессии меняется отношение валовой продуктивности к расходам на дыхание (Р/Д). Для развивающихся стадий такое отношение больше 1, то есть увеличивается запас органического вещества. Это характерно для несбалансированных сообществ. В процессе сукцессии отношение Р/Д постепенно снижается. Для зрелой стадии оно приближается к 1, что характеризует устойчивые сбалансированные экосистемы. Следствием этого является низкая продуктивность высокоустойчивых систем на поздних стадиях сукцессии.

Входе сукцессии образуются более тесные связи между организмами, что ведет к усложнению трофических цепей. Зрелые системы обладают большей способностью сохранять вещества в обменном фонде. Круговороты в них в основном замкнуты. Повышение устойчивости экосистем в ходе сукцессии приводит к тому, что каждая последующая стадия длится дольше предыдущей.

Втабл. 3 приведено сравнение свойств систем на различных стадиях сукцессии.

Таблица 3

Свойства экосистем на развивающейся и зрелой стадиях сукцессии

Зрелые системы – самые устойчивые во времени. Но и они могут быть разрушены в ходе природных и антропогенных катастроф. Если рассматривать большие промежутки времени, то окажется, что любая сукцессия представляет собой циклический процесс. Циклы могут не полностью повторять друг друга, занимать различные промежутки времени, но цикличность сохраняется.

Подобно тому, как индивидуальное развитие организма кратко повторяет развитие вида, так и эволюция экосистем повторяется в их сукцессии. Развитие идет от простого к сложному, возникают отрегулированные биогеохимические циклы.

6. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Технический прогресс, бурный рост производства в последние десятилетия привели к большому уровню загрязненности окружающей среды. На земном шаре практически невозможно найти место, где бы ни присутствовали загрязняющие вещества. Токсичные соединения обнаружены даже во льдах Антарктиды. В результате воздействия загрязнения изменяются свойства окружающей среды, происходит необратимая деградация биосферы. Загрязнение могут обуславливать химические вещества, микроорганизмы, вводимые в окружающую среду в количествах, превышающих их естественный уровень и опасных для здоровья человека. Различают загрязнение атмосферы, гидросферы и литосферы. Кроме этого, в последнее время большое значение приобрело загрязнение околоземного космического пространства.

По масштабам загрязнения делятся на локальные (загрязнения в пределах небольшой территории), региональные (загрязняется целый регион или область) и глобальные (загрязнение всей биосферы в целом).

Все загрязнения, в зависимости от их природы, можно разделить на природные и антропогенные. Природные загрязнения обусловлены естественными процессами в окружающей среде: извержением вулканов, пыльными бурями, космической пылью, выбросом нефти из подводных месторождений и др. Антропогенные загрязнения возникают в результате деятельности человека.

В зависимости от типа воздействия можно выделить следующие группы загрязнений.

1.Механическое – обусловлено компонентами, оказывающими лишь механическое воздействие, без физико-химических последствий. Примером является обычная пыль, образующаяся в результате деятельности многих механизмов. Она не оказывает физико-химического воздействия на организм, но может оседать в легких, что приводит к различным заболеваниям. Еще один пример – мелкие волокна целлюлозы, выбрасываемые в водоемы со стоками целлюлозно-бумажных комбинатов. Эти химически неопасные частицы забивают органы дыхания водных организмов и нередко служат причиной их гибели.

2.Химическое загрязнение – изменение химических свойств среды в результате выброса различных соединений: оксидов серы, азота, нефтепродуктов, пестицидов и т.д.

Химические загрязнители делятся на биоразлагаемые – разрушающиеся в ходе естественных процессов (например, оксиды серы, азота, углерода, вовлекающиеся в природные круговороты) и небиоразлагаемые вещества, чуждые биосфере (пестициды, детергенты и др.). Последние более опасны, так как могут накапливаться в окружающей среде.

Многие загрязнители передаются по трофической цепи, концентрируясь в организме животных. Так, содержание ядовитых загрязнителей в телах хищных птиц может в 500 тысяч раз превышать содержание их в среде обитания (воде или почве).

Последствиями химического загрязнения могут быть нейропсихологические отклонения, утомление, астматические заболевания, аллергии. Наиболее распространенными являются следующие загрязнители:

– Оксид углерода (СО) – отравляющее вещество, содержащееся в выхлопных газах автомобилей; его действие заключается в связывании гемоглобина крови, приводящем к кислородному голоданию. Оксид углерода ослабляет мыслительную деятельность, замедляет рефлексы, вызывает сонливость. При больших концентрациях может привести к потере сознания и смерти. Отравлению СО подвержены водители при ночевке с включенным двигателем.

– Оксиды серы (SO2 и SO3) – выделяются при переработке серосодержащего сырья (в промышленности, при производстве энергии), содержатся в автомобильных выбросах. Эти вещества образуют с водой кислые соединения, обуславливающие появление кислых осадков и туманов. При этом возникают многие заболевания дыхательных путей.

– Оксиды азота – содержатся в выбросах автотранспорта, промышленных выбросах, для человека более вредны, чем оксиды серы. Они раздражают легкие, могут привести к летальному исходу. Опасность их состоит еще в том, что при отравлении ничего не ощущается. Оксиды азота подавляют иммунную систему, увеличивая восприимчивость организма человека к вирусным заболеваниям.