Закономерности экологических сукцессий

Закономерности экологических сукцессий. Сукцессия - внесезонные процессы определенной последовательности появления и исчезновения популяций разных видов в данном месте обитания Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики.

Эта динамика может касаться отдельных звеньев экосистем организмов, популяций, трофических групп, так и всей системы в целом. При этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к системе, а с другой к факторам, которые создает и изменяет сама экосистема. Самый простой тип динамики суточный. Он связан с изменениями в фотосинтезе и транспирации испарение воды растений.

В еще большей мере эти изменения связаны с поведением животного населения. Одни из них более активны днем, другие в сумерки, третьи ночью. Аналогичные примеры можно привести по отношению к сезонным явлениям, с которыми еще больше связана активность жизнедеятельности организмов. Не остаются неизменными экосистемы и в многолетнем ряду. Если в качестве примера взять лес или луг, то не трудно заметить, что в разные годы этим экосистемам свойственны свои особенности.

В одни годы мы можем наблюдать увеличение численности одних видов на лугах, например, бывают клеверные годы, годы с резким увеличением злаков и других видов или групп видов. Из этого следует, что каждый вид индивидуален по своим требованиям к среде, и ее изменения для одних видов благоприятны, а на другие, наоборот, оказывают угнетающее влияние. Сказывается также и периодичность в интенсивности размножения. Эти изменения в одних случаях могут в какой-то мере повторяться, в других же имеют место изменения, которые на фоне периодически повторяющейся динамики имеют однонаправленность, поступательный характер и обусловливают развитие экосистемы в определенном направлении.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями, или флюктуациями, а направленную динамику именуют поступательной или развитием экосистем. Для последнего вида динамики характерным является либо внедрение в экосистемы новых видов, либо смена одних видов другими. В конечном счете, происходят смены биоценозов и экосистем в целом.

Этот процесс называют сукцессией от лат.сукцессио преемственность, наследование. Если сукцессия обуславливается в основном внешними по отношению к системе факторами, то такие смены называют экзогенетическими, или экзодинамическими от греч. эндон внутри. Экзогенетические смены сукцессии могут быть вызваны изменением климата в одном направлении, например, в сторону потепления или похолодания, иссушением почв, например, в результате осушения или понижения уровней грунтовых вод по другим причинам.

Такие смены могут длиться столетиями и тысячелетиями и их называют вековыми сукцессиями. Ход эндодинамических сукцессий рассмотрим на примере наземных экосистем. Если взять участок земной поверхности, например, заброшенные пахотные земли в различных географических районах в лесной, степной зонах, либо среди тропических лесов и тому подобное, то для всех этих объектов будут характерны- как общие, так и специфические изменения в экосистемах.

В качестве общих закономерностей будет иметь место заселение живыми организмами, увеличение их видового разнообразия, постепенное обогащение почвы органическим веществом, возрастание их плодородия, усиление связей между различными видами или трофическими группами организмов, уменьшение числа свободных экологических ниш, постепенное формирование все более сложных биоценозов и экосистем, повышение их продуктивности. Более мелкие виды организмов, особенно растительных, при этом, как правило, сменяются более крупными интенсифицируются процессы круговорота веществ и тому подобное.

В каждом случае при этом можно выделить последовательные стадии сукцессий, под которыми понимается смена одних экосистем другими, а сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными от греч. климакс лестница, коренными, или узловыми. Специфические закономерности сукцессий заключаются прежде всего в том, что в каждой из них, как и каждой стадии, присущ тот набор видов, которые, во-первых, характерны для данного региона, а, во-вторых, наиболее приспособленного ряда. Различными будут и завершающие климаксные сообщества. Сукцессионные смены обычно связывают с тем, что существующая экосистема сообщество создает неблагоприятные условия для наполняющих ее организмов почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление продуктами выделения или разложения и т.п Такие явления реальны, но не объясняют всех случаев смен экосистем.

Например, в северных лесах внедрение под полог лиственных древесных сообществ ели связано прежде всего с тем, что последняя использует биологические свойства первых по слабому притенению почвы. Сами же почвенные условия остаются не только благоприятными для лиственных древостоев, но и постепенно улучшаются для них идет накопление питательных веществ, уменьшается кислотность и т.п Следовательно, здесь нет оснований говорить о самоотравлении или других подобных причинах смен. Не подтверждается безоговорочно и точка зрения о том, что появление ели под пологом лиственных лесов и древостоев связано с тем, что в молодом возрасте этот вид требует затенения. Известно, например, что ель и в молодом возрасте прекрасно растет при полном освещении значительно лучше, чем под пологом других древесных видов.

Об этом, в частности, свидетельствуют многочисленные примеры создания культурных фитоценозов ели посадкой молодых растений или посевом семян на открытых площадях.

Наряду с природными факторами причинами динамики экосистем все чаще выступает человек.

К настоящему времени им разрушено большинство коренных климаксных экосистем. Например, степи почти полностью распаханы сохранились только на заповедных участках. Преобладающие площади лесов представлены переходными временными экосистемами из лиственных древесных пород береза, осина, реже ива, ольха и другие. Эти леса обычно называют производными, или вторичными. Они, как отмечалось выше, являются промежуточными стадиями сукцессий.

К сменам экосистем ведут также такие виды деятельности человека, как осушение болот, чрезмерные нагрузки на леса. Например, в результате отдыха населения рекреации, химических загрязнений среды, усиленного выпаса скота, пожаров и т.п. Антропогенные воздействия часто ведут к упрощению экосистем. Такие явления обычно называют дегрессиями. Различают, например, пастбищные, рекреационные и другие дегрессии. Смены такого типа обычно завершаются не климаксными экосистемами, для которых характерно усложение структуры, а стадиями катоценоза, которые нередко заканчиваются полным распадом экосистем. Климаксные экосистемы обычно чувствительны к различным вмешательствам в их жизнь.

К подобным воздействиям, кроме хвойных лесов, чувствительны и другие коренные сообщества, например, дубовые леса. Это одна из причин катастрофической гибели дубрав в современный период и замена их, как и хвойных лесов, менее ценными, но более устойчивыми временными экосистемами из березы, осины, кустарников или трав. Последнее особенно типично при разрушении степных и лесостепных дубрав. Сукцессии называются первичными, если они возникли на исходно безжизненном пространстве субстате.

Наряду с первичными выделяют вторичные сукцессии. Последние отличаются от первичных тем, что они начинаются обычно не с нулевых значений, а возникают на месте нарушенных или разрушенных экосистем. Например, после вырубок лесов, лесных пожаров, при израстании площадей, находившихся под сельскохозяйственными угодьями. Основное отличие этих сукцессий заключается в том, что они протекают несравненно быстрее первичных, так как начинаются с промежуточной стадии трав, кустарников или древесных растений-пионеров и на фоне более богатых почв. Конечно, вторичная сукцессия возможна только в тех случаях, если человек не будет оказывать сильное и постоянное влияние на развивающиеся экосистемы.

В последнем случае, как отмечалось выше, процесс пойдет по схеме дегрессий и завершится стадией катоценоза и опустынивания территорий.

Общие закономерности секцусионного процесса. Для любой сукцессии, особенно первичной, характерны следующие общие закономерности протекания процессов 1. На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы, но по мере развития сукцессии эти показатели возрастают. 2. С развитием сукцессионного ряда увеличиваются взаимосвязи между организмами. Особенно возрастает количество и роль симбиотических отношений. Полнее осваивается среда обитания, усложняются цепи и сети питания. 3. Уменьшается количество свободных экологических ниш, и в климаксном сообществе они либо отсутствуют, либо находятся в минимуме.

В связи с этим по мере развития сукцессий уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов. 4. Интенсифицируются процессы круговорота веществ, поток энергии и дыхание экосистем. 5. Скорость суцессионного процесса в большей мере зависит от продолжительности жизни организмов, играющих основную роль в сложении и функционировании экосистем.

В этом отношении наиболее продолжительные сукцессии в лесных экосистемах. Короче они в экосистемах, где автотрофное звено представлено травянистыми растениями, и еще быстрее протекают в водных экосистемах. 6. Неизменяемость завершающих климаксных стадий сукцессий относительна. Динамические процессы при этом не приостанавливаются, а лишь замедляются. Продолжаются динамические процессы, обуславливаемые изменениями среды обитания, сменой поколений организмов и другими явлениями.

Относительно большой удельный вес занимают динамические процессы циклического флуктуционного плана. 7. В зрелой стадии климаксного сообщества биомасса обычно достигает максимальных или близких к максимальным значений. Неоднозначна продуктивность отдельных сообществ на стадии климакса. Обычно считается, что по мере развития сукцессионного процесса продуктивность увеличивается и достигает максимума на промежуточных стадиях, а затем в климаксном сообществе резко уменьшается.

Последнее связывают, во-первых, с тем, что в это время максимум первичной продукции потребляется консументами, а, во-вторых, экосистема развивает чрезвычайно большую массу ассимиляционного аппарата, что ведет к дефициту освещенности, следствием чего является снижение интенсивности фотосинтеза при одновременном возрастании потерь продуктов ассимиляции на дыхание самих автотрофов. Эти положения нельзя распространять на все климаксные сообщества. Например, нет реальных предпосылок для увеличения численности гетеротрофов в хвойных лесах по сравнению с лиственными.

Скорее, в последних больше потребителей зеленой продукции и, вероятнее, вспышки численности отдельных видов-фитофагов, например, насекомых. Нет также ни теоретических предпосылок, ни фактических данных, которые бы свидетельствовали, что в зрелой климаксной системе, например в еловых лесах, масса хвои достигает чрезмерно высоких значений. Это противоречит принципам адаптации к увеличению биогенной геохимической энергии организмами как условию их выживания второй биогеохимический принцип В.И. Вернадского.

Весь опыт лесоводства также свидетельствует о наиболее высокой продуктивности климаксных лесных сообществ применительно к лесной зоне хвойных или смешанных хвойно-лиственных лесов. В противном случае, с точки зрения получения продукции древесины, неизбежен вывод о нецелесообразности ориентации на выращивание и сохранение климаксных стадий лесов. Применительно к другим экосистемам, например луговым, можно согласиться с тем, что возможности получения продукции на климаксной стадии уменьшаются, однако не потому, что сокращается ее нарастание прирост, продуктивность, а по той причине, что более значительная часть ее отчуждается гетеротрофами в результате образования устойчивых цепей выедания.

Другими словами, продуктивность экосистем на климаксных стадиях сукцессий высока. Как правило, максимальна вследствие более полного освоения. ВОПРОС 3 Деградация окружающей среды, е причины и последствия.

На сегодняшний день главной опасностью для природы становится человек, если и раньше окружающая нас среда претерпевала многочисленные изменения появлялись одни е обитатели и исчезали другие, то сейчас, благодаря деятельности человека, природа несет непоправимый урон, можно смело говорить о е деградации. Наша планета - голубая жемчужина галактики. Если сжать Землю до размеров яйца, все воды станут лишь каплей, воздух которым мы дышим станет капелькой, а суша превратится в песчинку, едва различимую невооруженным взглядом.

Капля, капелька и песчинка делают нашу планету неповторимой во Вселенной, а мы так дружно пытаемся разрушить эту неповторимость навсегда Рост масштабов хозяйственной деятельности человека, бурное развитие научно-технической революции усилили отрицательное воздействие на природу, привели к нарушению экологического равновесия на планете. Разнообразное вмешательство человека в естественные процессы в биосфере можно сгруппировать по следующим видам загрязнений, понимая под ними любые нежелательные для экосистем антропогенные изменения ингредиентное ингредиент составная часть сложного соединения или смеси загрязнение как совокупность веществ, количественно или качественно чуждых естественным биогеоценозам параметрическое загрязнение параметр окружающей среды одно из ее свойств, например уровень шума, освещенности, радиации и т. д связанное с изменением качественных параметров окружающей среды биоценотическое загрязнение, заключающееся в воздействии на состав и структуру популяции живых организмов стациально-деструкционное загрязнение стация место обитания популяции, деструкция разрушение, представляющее собой изменение ландшафтов и экологических систем в процессе природопользования. До 60-х годов нашего века под охраной природы понималась в основном защита ее животного и растительного мира от истребления.

Соответственно и формами этой защиты было главным образом создание особо охраняемых территорий, принятие юридических актов, ограничивающих промысел отдельных животных, и т. п. Ученых и общественность волновали прежде всего биоценотическое и частично стациально-деструкционные воздействия на биосферу.

Ингредиентное и параметрическое загрязнение, конечно, существовало тоже, тем более что об установке очистных сооружений на предприятиях и речи не шло. Но оно не было столь многообразным и массированным, как теперь, практически не содержало искусственно созданных соединений, не поддающихся естественному разложению, и природа с ним справлялась самостоятельно.

Так, в реках с ненарушенным биоценозом и нормальной скоростью течения, не замедляемой гидротехническими сооружениями, под влиянием процессов перемешивания, окисления, осаждения, поглощения и разложения редуцентами, дезинфекции солнечным излучением и др. загрязненная вода полностью восстанавливала свои свойства на протяжении 30 км от источников загрязнения.

Конечно же, и раньше наблюдались отдельные очаги деградации природы в окрестностях наиболее загрязняющих производств.

Однако к середине XX в. темпы ингредиентного и параметрического загрязнений возросли, и качественный их состав изменился столь резко, что на значительных территориях способность природы к самоочищению, т. е. естественному разрушению загрязнителя в результате природных физических, химических и биологических процессов, была утрачена. В настоящее время не происходит самоочищения даже таких полноводных и протяженных рек, как Обь, Енисей, Лена и Амур. Что же говорить о многострадальной Волге, естественная скорость течения которой в несколько раз снижена гидротехническими сооружениями, или реке Томь Западная Сибирь, всю воду которой промышленные предприятия успевают забрать для своих нужд и спустить обратно загрязненной, как минимум, 3 4 раза, прежде чем она доберется от истока до устья.

Способность почвы к самоочищению подрывается резким уменьшением в ней количества редуцентов, происходящим под влиянием неумеренного применения пестицидов и минеральных удобрений, выращивания монокультур, полной уборки с полей всех частей выращенных растений и т. д. На протяжении тысячелетий человек постоянно увеличивал свои технические возможности, усиливал вмешательство в природу, забывая о необходимости поддержания в ней биологического равновесия.

Особенно резко возросла нагрузка на окружающую среду - во второй половине XX века. Во взаимоотношениях между обществом и природой произошел качественный скачок, когда в результате резкого увеличения численности населения, интенсивной индустриализации и урбанизации нашей планеты, хозяйственные нагрузки начали повсеместно превышать способность экологических систем к самоочищению и регенерации.

Вследствие этого нарушился естественный круговорот веществ в биосфере, под угрозой оказалось здоровье нынешнего и будущего поколения людей. Экологическая проблема современного мира не только остра, но и многогранна. Она проявляется практически во всех отраслях материального производства особенно в сельском хозяйстве, химической промышленности, черной и цветной металлургии, атомной энергетике, имеет отношение ко всем регионам планеты.

Окружающая нас природа серьезно больна. Угрожающие размеры приняло уничтожение лесов. Ежегодно с лица Земли исчезает 11 млн. га тропических лесов это в 10 раз превышает масштабы лесовосстановления. Идет быстрое уничтожение двух главных мировых массивов тропических лесов Амазонии и Юго-Восточной Азии. В Амазонии ведутся массовые вырубки под пастбища, развивается и целлюлозно-бумажное производство.

В Юго-Восточной Азии ценная древесина заготавливается для экспорта. Все это ведет к уничтожению уникального генофонда тропических лесов, нарушению водного режима огромных районов, снижению их роли как легких планеты. Интенсивно вырубаются леса и умеренных широт. Параллельно идет процесс опустынивания. Он ежегодно изымает из сельскохозяйственного производства около 6 млн. га земель.

Особенно сильно процесс опустынивания проявляется в Сахельских странах Африки, расположенных на границе Сахары и саванны. Следующие одна за другой необычайно жестокие засухи, поразившие эти страны в 70 80 гг. явились эхом неправильных и экстенсивных методов эксплуатации почв в условиях африканских тропиков. Негативную роль сыграли также перевыпас скота и уничтожение и без того скудной растительности с целью заготовки дров. Сахельские засухи принесли смерть миллионам африканцев. Многие страны мира сталкиваются серьезными водо-ресурсными проблемами, которые заключаются не только в количественной нехватке воды, но и в дефиците чистых пресных вод. Ежегодно в водоемы попадает огромное количество неочищенных сточных вод. Среди наиболее загрязненных рек и озер мира Дунай, Рейн, Сена, Миссисипи, Волга, Днепр, Ладожское озеро, Балхаш и др. На каждого жителя планеты ежегодно добывается около 20 т минерального сырья, 97 98 его в виде отходов поступает затем в почву, воду, воздух.

Масса отходов и загрязняющих веществ, поступающая в окружающую среду, достигла примерно 40 млрд. т. Загрязнение окружающей среды ставит под угрозу жизнь и здоровье людей, существование растительного и животного мира. Например, загрязнения двуокисью серы и окислами азота породило такое явление, как кислотные дожди, отравляющие почву и водоемы, губящие леса. Эти загрязнения переносятся на большие расстояния воздушными массами и вместе с осадками выпадают от источников загрязнения трансграничный перенос.

Только в США и Западной Европе ими уничтожено уже более 30 млн. га лесов, в ФРГ поражена половина лесной преимущественно хвойной растительности.

Европа становится лысеющим континентом. Кислотные дожди не минуют и территорию России в европейской части страны уровень загрязнения западных ветров примерно в 10 раз больше, чем в восточных. Содержащаяся в атмосфере двуокись углерода играет большую роль в жизни человека, растений и животных, предохраняет землю от перегрева. Но хозяйственная деятельность человека нарушила баланс CO2 в природе.

Это создает, по мнению многих ученых, реальную угрозу так называемого парникового эффекта заметного потепления климата, таяния ледников, повышения уровня Мирового океана. В последние годы выявилась еще одна экологическая опасность разрушение озонового слоя стратосферы, особенно четко проявившееся над Антарктидой так называемая озоновая дыра. Этот слой, отличающийся повышенным содержанием озона, защищает от избыточного ультрафиолетового излучения Солнца.

Причина разрушения озонового слоя резко возросшее производство и использование так называемых фреонов фторхлоруглеродов в холодильных установках, в виде аэрозолей и т. д. Международная конференция в Вене 1985 г. призвала страны резко снизить их производство. К экологической проблеме современности можно также отнести ухудшающиеся условия жизни людей в крупных городах, загрязнение Мирового океана и др. Чтобы решить все экологические проблемы, нужно чтобы каждый житель Земли бережно относился к природе, принимал живое участие в ее судьбе.

ВОПРОС 4