Антропогенное воздействие на экологические системы, его хозяйственные и экологические последствия

Изучение  жизни животных и их экологических  особенностей показало, что особи  какого-либо вида, обитающие в одном  месте, обладают многими общими признаками и отличаются от своих собратьев, живущих поблизости, но в других условиях. Такие местные группировки  животных носят название популяций (от латинского слова «популюс» — население). Изучение популяций занимает сейчас в экологии очень важное место.

Популяции различаются как экологическими особенностями, так и разными  соотношениями числа самцов и  самок, взрослых и молодых животных и т. д. Более того, особи, принадлежащие  к разным популяциям, отличаются величиной  тела и развитием внутренних органов. Популяционные отличия хорошо выражены не только у животных, но и у растений.

У растений существуют особые экотипы, отличающиеся внешним видом и экологическими особенностями, в частности временем развития, интенсивностью роста и  т. д. Например, широко распространенный злак ежа сборная на пойменном лугу несравненно лучше развит, чем растущий на каменистом грунте; он дает в 3—4 раза больше зеленой массы, сильно отличается микроскопическим строением стебля и листьев.

Популяции разных видов растений и животных, которые совместно населяют какой-либо биотоп, т. е. пространство, отличающееся своими особыми условиями обитания, образуют единое сообщество. Его называют биоценозом (от греческих слов «биос» — жизнь и «койнос» — общий). Таковы различные типы лесов, лугов, болот и т. д. Биоценозами являются не только естественные сообщества, но и созданные человеком поля, сады, огороды, водохранилища. Каждый биоценоз характеризуется определенным набором видов, которые не просто живут в одном месте, но обязательно находятся в тесном взаимодействии между собой, а также со своим биотопом — его почвой, рельефом, микроклиматом. Чтобы подчеркнуть эти разносторонние связи, часто говорят о биогеоценозах, или экосистемах.

Ботаники  считают растительные группировки, входящие в биогеоценозы, особыми  фитоценозами. Однако на самом деле они столь неразрывно связаны  с обитающими здесь животными  и с физическими условиями, что  правильнее видеть в сообществах  растений лишь подразделения биогеоценозов.

Ведущую роль в биоценозе играют растения. Заселяя свободное пространство, они кладут начало сообществу и формируют  его. Под действием растительности изменяется характер почвы, возникает  особый микроклимат. Животные появляются вслед за растениями-пионерами, находят  в их зарослях укрытие от врагов и неблагоприятной погоды, питаются зелеными и подземными частями растений, их цветами, плодами, семенами. Появившись в растительном сообществе, животные начинают воздействовать и на растительность и на почву, причем нередко в результате их деятельности изменяется весь биоценоз.

Каждый  биоценоз объединяет то или иное число  видов растений и животных. Оно  тем больше, чем благоприятнее  и разнообразнее экологические  условия данной местности. Сравните пышную растительность и богатый  животный мир влажных тропических  лесов с однообразной флорой и  фауной наших северных ельников и  сосновых боров.

От богатства  видового состава зависит степень  сложности структуры растительного  покрова. Например, в нашем широколиственном или смешанном лесу, где совместно  произрастают растения, различающиеся  по экологическим потребностям (в  частности, в отношении света), они  сильно отличаются ростом, степенью развития кроны и листвы и потому образуют 3—4 вертикальных яруса. В тропических  же лесах насчитывается до 4—5 ярусов одних только деревьев. К тому же они обвиты лианами, поросли растениями — паразитами и эпифитами. Благодаря сочетанию видов, различных по своей экологии, на сравнительно ограниченном пространстве может жить значительно больше растений, чем сходных в экологическом отношении. Подобные неоднородные, сложно устроенные сообщества значительно полнее используют питательные вещества, влагу и другие естественные ресурсы. Сказанное относится не только к растениям, но и к животным. Разнообразие животного мира и его распределение по территории зависят от растительного покрова.

Как мы уже  говорили, самая важная особенность  биоценоза — тесные связи между  составляющими его организмами  и их влияние на сообщество в целом. Эти взаимосвязи возникают, прежде всего, на основе питания. Их так и  называют пищевыми связями или цепями питания. В начале каждой такой цепи находятся те или иные растения, поскольку только они создают  органическое вещество из неорганических элементов окружающей природы. Это  вещество служит пищей растительноядным животным, которыми, в свою очередь, питаются хищники. Вот, например, цепь питания, которая начинается от шишек и семян ели. Еще шишки только развиваются, а их уже поражают гусеницы бабочек-огневок, иногда они в массе объедают чешуйки и семена. Этих насекомых поедают синицы. Семена ели в шишках, висящих на ветвях,— основной корм клестов, больших пестрых дятлов и белок. Клесты, стайками быстро перелетающие с дерева на дерево, не столько шелушат шишки, сколько роняют их почти не тронутыми на землю. Казалось бы, клесты — конкуренты белок. Однако это не так. Оказывается, шишки, упав вниз на влажный мох, плотно сжимают чешуйки и поэтому надолго сохраняют семена, т. е. корм для белок. Между тем из шишек, оставшихся на деревьях, все семена высыпаются зимой, и на снегу их подбирают только полевки, землеройки, синицы, чечетки. На всех этих птиц и зверьков охотятся лесная куница, ястреб-тетеревятник, лисица, горностай. Но и эти хищники не гарантированы от нападения более крупных и сильных — росомахи, рыси, беркута.

Ясно, что  в биоценозе не одна, а много  подобных цепей питания. Они переплетаются  друг с другом, нередко тянутся  за пределы данного сообщества в  соседние или даже отдаленные биоценозы. Возникает сложная паутина связей, включающая большое число членов, так или иначе зависящих один от другого. Поэтому урожай или неурожай растительного корма, возрастание  или падение численности его  потребителей или хищников неизбежно  сказывается на всем биоценозе.

Остановимся на роли хищников в жизни животных. Испокон веков все хищные звери  и птицы считались вредными и  для других животных и для человека. Казалось бы, что для увеличения численности оленей, лосей, зайцев надо истребить их врагов — хищников. Часто так и поступали. Однако результаты оказывались совершенно неожиданными — вначале количество травоядных животных действительно  возрастало, но вскоре резко падало, так как среди них вспыхивали массовые заболевания, появлялось много  слабых особей. Теперь экологами установлено, что даже такие хищники, как волки, в первую очередь настигают не здоровых и сильных, а больных, увечных, старых животных, которым трудно спасаться  от преследователей. Уничтожая таких  неполноценных зверей, хищники способствуют оздоровлению всей популяции. К тому же, ограничивая численность копытных, они не допускают чрезмерной потравы  ими пастбищ. Таким образом, в  природе деятельность хищников и  численность их жертв тонко уравновешены. Это имеет огромное значение для  нормального существования животно-растительных сообществ.

Сообщества организмов тесно  связаны не только друг с другом, но и с абиотической средой. Растения могут существовать только при наличии  света, углекислого газа, воды, минеральных  солей. Животные и другие гетеротрофные  организмы (грибы, большинство бактерий) живут за счет автотрофов, но нуждаются  в поступлении таких неорганических соединений, как кислород и вода. В любом биотопе запасы неорганических соединений, необходимых для поддержания  жизнедеятельности населяющих его  организмов, сравнительно малы и постоянно  убывают, поэтому необходимо их возобновление. Из окружающей среды живые организмы  поглощают биогенные элементы и энергию и возвращают их обратно (например, при дыхании, выделении экскрементов, разложении растительных и животных остатков). Благодаря этим обменным процессам биоценоз и окружающая его неорганическая среда (экотоп) представляют собой сложную систему, получившую название экосистема или биогеоценоз.

Термин «экосистема» был  предложен в 1935 г. английским экологом А. Тенсли, который подчеркивал, что  в природе органические (биотические) и неорганические (абиотические) факторы  выступают как равноправные компоненты и не следует отделять организмы  от окружающей их среды.

Таким образом, биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности с определенным составом живых организмов (биоценоз) и определенными условиями среды обитания (биотоп), которые объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс (рис. 14.3). Во многих странах мира такие природные комплексы называют экологическими системами (экосистемами).

Рис.  Биоценоз в экосистеме.

Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не тождественные. Понятие «экосистема» не имеет ранга  и размерности, поэтому оно применимо  как к простым (муравейник, гниющий  пень) и искусственным (аквариум, водохранилище, парк), так и к сложным естественным комплексам организмов с их средой обитания. Биогеоценоз, согласно российскому  ученому В. Н, Сукачеву, отличается от экосистемы определенностью объема. Если экосистема может охватывать пространство любой протяженности. -— от капли прудовой воды с содержащимися в ней микроорганизмами до биосферы в целом, то биогеоценоз —- это экосистема, границы которой обусловлены характером растительного покрова, т. е. определенным фитоценозом. Следовательно, любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.

2. Структура водной и наземной экосистем.

   Экосистемы как наземные, так  и водные, не являются совершенно  однородными структурами в пространстве  и во времени. 
   Наземные экосистемы многоярусны, и для них характерно вертикальное расслоение на разновысокие структурные части. Так, в лесу соответственно размещению корней, стволов и крон деревьев можно выделить ряд ярусов:

• деревья первой величины,
• подлесок из кустарников и молодого поколения деревьев,
• живой напочвенный покров,
• мхи.