ЛЕКЦИЯ 3. ЭКОСИСТЕМНОЕ РАЗНООБРАЗИЕ.

ФАКТОРЫ, ОПРЕДЕЛЯЮЩИЕ УСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ.

1. Экосистемное разнообразие

2. Роль биологического разнообразия в устойчивости экосистем

3. Факторы, определяющие устойчивость и развитие экосистем.

Сохранение insitu означает сохранение экосистем и естественных мест обитания, а также поддержание и восстановление жизнеспособных популяций видов в их естественной среде, а применительно к одомашненным или культивируемым видам — в той среде, в которой они приобрели свои отличительные признаки.

Как правило, подразумевается сохранение компонентов биологического разнообразия на особо охраняемых природных территориях (ООПТ): заповедниках, заказниках, национальных парках, памятниках природы и т.п. Особо обращается внимание на сохранение местообитаний видов и структуры взаимосвязей.

Биологические системы разных иерархических уровней характеризуются различной структурой, законами развития и функционирования. Поэтому на разных иерархических уровнях необходимо определить: принципы, то есть частные методологические подходы, основанные на исходных научных положениях об объектах биоразнообразия; основные задачи по сохранению объектов; и способы их сохранения.

1. Экосистемное разнообразие

Объект: экосистема.

Исходное научное положение: совокупность функционально взаимосвязанных организмов (биоценоз) и абиотических компонентов среды, в которой они существуют (биотоп, экотоп), а также поддержание и восстановление жизнеспособных популяций видов в их естественной среде, составляют единую систему (экосистему).

Основные задачи:

- Сохранение и восстановление природных экосистем, поддержание их средообразующих функций.

- Поддержание естественных процессов развития природных экосистем.

- Сохранение и восстановление экологически сбалансированных природно-культурных комплексов.

- Сохранение и восстановление абиотической среды (абиотических компонентов экосистем).

Полноценное и долговременное сохранение видов и сообществ организмов возможно только в составе природных экосистем, при сохранении типичной для них абиотической среды. Качество абиотических компонентов среды (воды, воздуха, грунта) рассматривается сегодня как важнейший показатель здоровья среды.

Нормальное существование и развитие экосистем предполагает закономерную смену сукцессионных стадий. При разработке стратегии управления биоразнообразием на экосистемном уровне необходимо учитывать их динамический характер. Сохранение экосистем может быть обеспечено только при сохранении разнообразия сообществ, представляющих разные стадии сукцессии, и всего формирующего их видового разнообразия.

Способы сохранения:

Контроль и регулирование использования территорий и акваторий в пределах экологической емкости экосистем. На этом уровне внимание должно уделяться прежде всего сохранению и восстановлению абиотической среды.

Создание особо охраняемых природных территорий с разным режимом охраны. Режим охраны особо охраняемых природных территорий может предусматривать специальные меры по сохранению среды, например, запрет тех или иных типов физического или химического воздействия, охрана уникальных абиотических компонентов среды (водопады, ключи, скалы и др.).

Сохранение и восстановление биотопов как условие сохранения и восстановления биоценозов и экосистем (очистка от загрязнений, рекультивация, мелиорация и др.).

Реконструкция (реставрация) природных экосистем необходима, когда природная экосистема, включая биотоп, разрушена. В качестве необходимого этапа этот метод включает реставрацию биотопа.

Поддержание традиционной хозяйственной деятельности, необходимой для сохранения экологически сбалансированных природно-культурных комплексов.

Конструирование экосистем необходимо в том случае, если восстановление природных экосистем невозможно – в агросистемах, на урбанизированных и промышленных территориях, в искусственных водоемах.

Наибольшей устойчивостью и лучшими средообразующими качествами характеризуются искусственные экосистемы, структура которых аналогична структуре природных экосистем. Необходимо уделять особое внимание развитию экологической инженерии как основы конструирования экосистем.

Разнообразие экосистем касается различных сред обитания, биотических сообществ и экологических процессов в биосфере, а также огромного разнообразия сред обитания и процессов в рамках экосистемы.

Количественные показатели биоразнообразия в экосистемах сильно варьируют в зависимости от влияния различных факторов. Следует обратить внимание на то, что в биоценоз входят не только виды, постоянно обитающие в экосистеме, но и виды, проводящие в ней только часть своего жизненного цикла (например, личинки комаров, стрекоз).

Видовой состав и в целом разнообразие биоценоза может быть описано только в определенный момент времени, так как видовое богатство изменяется в результате процессов иммиграции и элиминации видов, непрерывно происходящих в биоценозе.

Временной фактор в той или иной мере учитывается в службах мониторинга окружающей среды. Так, в частности, программы гидробиологического мониторинга в России требуют обязательного проведения анализа в разные сезоны года и оценки состояния водных объектов на основе данных, полученных в весенний, летний и осенний периоды.

В каждый момент времени биоценоз имеет определенное видовое богатство.

Одной из составных частей природной среды является рельеф земной поверхности, существующий в своей непрерывной изменчивости на границе трех природных оболочек, или сфер, нашей планеты - земной коры, или литосферы, атмосферы и гидросферы. Земная поверхность с ее рельефом - живописными или суровыми горами, обширными равнинами, по которым плавно извиваются реки, барханами и песчаными грядами пустынь, высокогорными ледниками — представляет собой арену жизни, одну из главнейших составляющих биосферы.

Чем разнообразнее условия окружающей среды в данном регионе, чем больше времени в распоряжении организмов для эволюционных преобразований, тем разнообразнее здесь их видовой состав. Рельеф и геологическое строение могут создать разнообразие условий в пределах областей с однородным климатом.

В холмистой местности ее наклон и экспонированность определяют температуру и содержание влаги в почве. На крутых склонах почва хорошо дренируется, что нередко приводит к недостатку влаги для растений, хотя в близлежащих низинных местах почва насыщена влагой. В аридных областях, в поймах и по руслам рек часто можно видеть хорошо развитые лесные сообщества, резко контрастирующие с окружающей пустынной растительностью. На теплых и сухих склонах холма, обращенных на юг, растут иные древесные породы, нежели на холодных и влажных северных. Холмистый рельеф часто ассоциируется с красотой ландшафта, а это означает, что здесь соседствуют богатые и разнообразные сообщества. Живописный пейзаж всегда вызывает восхищение. В этом одна из причин того, почему горы или берега излюбленных водоемов служат местом массового паломничества любителей природы.

Всякий ландшафт на земном шаре претерпевает изменения под действием климатических условий. Огромно влияние на них растительного мира. Ландшафты во всем их разнообразии формировались на протяжении многих тысячелетий и в результате деятельности человека. Они непрерывно изменяются благодаря постоянным поискам эффективных форм землепользования и добычи полезных ископаемых. Человек строит города и прокладывает дороги. Таким образом, ландшафты состоят из ряда природных и культурных элементов. Они воплощают в себе коллективную память природы и тех, кто ее населяет, образуя сложный элемент окружающей среды.

2. Роль биологического разнообразия в устойчивости экосистем

Устойчивость экосистемы обеспечивается также биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав.

Трофическая структура: Организмы в экосистеме включают продуцентов, консументов и редуцентов.

Они формируют 2 блока:

1) Автотрофный (продуценты)

2) Гетеротрофный (консументы и редуценты)

Продуценты – автотрофные организмы, способные производить органические вещества из неорганических, используя фотосинтез или хемосинтез (растения и автотрофные бактерии).

Консументы - организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами - продуцентами или другими консументами.

Редуценты - организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвых организмов (животных, растений)

В богатых видами экосистемах у консументов есть возможность избирать разные виды пищевых объектов и в первую очередь - наиболее массовые. Если потребляемый пищевой объект становится редким, то консумент переключается на питание другим видом, а первый, освобожденный от пресса выедания, постепенно будет восстанавливать свою численность. Благодаря такому переключению поддерживается динамическое равновесие между пищевыми ресурсами и их потребителями и обеспечивается возможность их длительного сосуществования.

Таким образом, процесс саморегуляции экосистемы проявляется в том, что все разнообразие ее населения существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенного уровня. Например, в лесу листьями древесных растений питаются несколько сотен видов насекомых, но в оптимальных условиях каждый вид представлен незначительным количеством особей, поэтому их общая деятельность не наносит существенного вреда лесным деревьям. Однако насекомые отличаются большой плодовитостью, и если бы отсутствовали ограничивающие факторы (неблагоприятные погодные условия, уничтожение хищными и паразитическими насекомыми, птицами, болезнетворными микроорганизмами и т. п.), то численность любого вида насекомых возросла бы очень быстро и привела бы к разрушению экосистемы. Следовательно, взаимоотношения типа хищник-жертва, паразит - хозяин взаимно сглаживают всплеск численности и стабилизируют экосистему.

Экосистемы могут быть разных размеров, например, глобальная экосистема - это биосфера, а экосистема муравейника - это микроэкосистема. В отличие от биогеоценозов экосистемы не имеют достаточно четких границ, хотя по содержанию и близки к ним. В этом отношении город скорее экосистема, хотя экосистема необычная, очень сильно отличающаяся от природных экосистем.

Урбанизованные образования находятся в весьма сложных отношениях с биосферой. С одной стороны, в городах живут люди, животные, существует растительность. Все это связано между собой, следовательно, город можно считать экосистемой. С другой стороны, многие исследователи полагают, что если города - организмы, то их следует считать "паразитами" биосферы. Этот вопрос весьма сложен, и развивать его целесообразно, рассмотрев сначала город как сложную систему, взаимодействующую с различными геосферами и, в особенности с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Экосистемы имеют собственные законы сложения, функционирования и развития. Длительность существования каждой экосистемы поддерживается, прежде всего, за счет общего круговорота веществ, осуществляемого продуцентами, консументами и редуцентами, и постоянного притока солнечной энергии. Именно эти два глобальных явления обеспечивают ей высокую способность противостоять воздействию постоянно меняющихся условий внешней среды. Стабильность экосистемы зависит также от степени колебаний условий внешней среды.

3. Факторы, определяющие устойчивость и развитие экосистем.

Устойчивость природных систем к воздействию-способность природных систем сохранять свою структуру и функциональные свойства при антропогенном воздействии.

Понятие "экосистема" введено английским ботаником А.Тенсли (1935), который обозначил этим термином любую совокупность совместно обитающих организмов и окружающую их среду. По современным представлениям экосистема - это основная структурная единица биосферы, т.е. взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмов и окружающей неживой среды.

Установлено три принципа устойчивого развития экосистем:

· 1. В естественных экосистемах использование ресурсов и избавление от отходов осуществляется в рамках круговорота всех элементов (в городах этот процесс нарушается, когда чуждые природе вещества накапливаются на свалках и разрывают круговорот веществ).

· 2. Экосистемы существуют за счет не загрязняющей среду солнечной энергии, количество которой постоянно и избыточно (в городах в основном используется дополнительная энергия, получаемая за счет сжигания ископаемых углеводородов).

· 3. На конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы (отсюда вытекает предел численности жителей в экосистеме, нарушенный в городах, где происходит неконтролируемый рост населения).

Известный эколог Коммонер свел главные принципы и закономерности существования экосистем к четырем "экологическим императивам", которые в строгом смысле не являются законами, но понятно и образно описывают экологическую среду:

Природу надо охранять и использовать. Основной принцип охраны природы - охрана в процессе использования. Положения, сформулированные еще в 1970-х гг. экологом Барри Коммонером, сейчас называют "законами экологии" Коммонера.

1. Все связано со всем - изменение одного из элементов системы вызывает количественные и качественные перемены как в ее функциях и структуре, так и в других элементах.

2. Все куда-то попадает - абсолютно безотходное производство невозможно.

3. Природа знает лучше - при попытке улучшить природные системы, мы легко наносим им непоправимый вред.

4. Ничто не дается даром - любая экосистема представляет собой единое целое; все, что было извлечено из нее человеческим трудом, должно быть возмещено.

"Все надо куда-то девать". Естественные экосистемы обладают способностью обеззараживать без нарушения экологического равновесия определенное количество вредных веществ; высокой способностью к самоочистке обладают водные экосистемы. Полностью безотходные технологии невозможны. В связи с этим необходимы надежные методы захоронения вредных веществ. Отходы одного производства могут быть включены в технологические процессы других производств.

"Все связано со всем". Экосистема находится в состоянии экологического равновесия. Его можно нарушить уничтожением какого-либо вида или, наоборот, вселением нового. Осушение болот вызывает обмеление рек. Выпас в горных лесах овец, коз разрушает почву, уменьшает впитывание дождевых и снеговых вод, приводит к высыханию родников.

"За все надо платить". В настоящее время необходимо нести расходы на содержание служб, контролирующих рациональное использование природных ресурсов, на восстановление природных экосистем, нарушенных неправильным использованием.

"Природа знает лучше". Нужно изымать (вырубка лесов, охота и рыбный промысел и др.) из экосистемы столько биологических ресурсов, сколько она сама может восстановить за счет собственного гомеостаза.

Конечно, не следует думать, что природу вообще трогать нельзя. Человеку для того и дан разум, чтобы тщательно взвешивать последствия своих действий исходя из законов экологии, и стремиться не только к тому, чтобы компенсировать недостатки, а чтобы свести к минимуму ущерб. Совсем без ущерба для природы человек обойтись не может.

ВОПРОСЫ ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ

1. Охарактеризуйте экосистемный уровень сохранения биоразнообразия.

2. Назовите способы сохранения биоразнообразия на данном уровне.

3. Перечислите основные задачи сохранения биоразнообразия.

4. Какова роль биологического разнообразия в устойчивости экосистем?

5. Какие факторы, определяющие устойчивость и развитие экосистем вы знаете?