Разнообразие и особенности искусственных экосистем.

Искусственные экосистемы (нообиогеоценозы или социоэкосистемы) – это совокупность организмов, живущих в созданных человеком условиях. В отличие от экосистемы включает в себя дополнительное равноправное сообщество, называемое нооценозом.

Нооценоз – это часть искусственной экосистемы, включающая в себя средства труда, общество и продукты труда.

Агроценоз — это биоценоз, искусственно созданный человеком для своих целей с определенным уровнем и характером продуктивности.

В настоящее время агроценозами занято около десяти процентов суши.

Несмотря на то, что в агроценозе, как и в любой природной экосистеме, существуют обязательные трофические уровни — продуценты, консументы, редуценты, образующие типичные трофические сети, между этими двумя типами сообществ существуют довольно большие различия:

1) В агроценозах резко снижено разнообразие организмов. Однообразие и видовую бедность агроценозов человек поддерживает специальной сложной системой агротехнических мер. На полях обычно культивируют один вид растений, в связи с чем резко обедняется и животное население, и состав микроорганизмов почвы. Однако даже самые обедненные агроценозы включают несколько десятков видов организмов, принадлежащих к разным систематическим и экологическим группам. Например, в агроценоз пшеничного поля, кроме пшеницы, входят сорняки, насекомые - вредители пшеницы и хищники, беспозвоночные — обитатели почвы и напочвенного слоя, патогенные грибы и др.

2) Виды, культивируемые человеком, поддерживаются искусственным отбором и не могут выдерживать борьбу за существование без поддержки человека.

3) Агроэкосистемы получают дополнительную энергию благодаря деятельности человека, обеспечивающей дополнительные условия роста культивируемых растений.

4) Чистая первичная продукция агроценоза (биомасса растений) удаляется из экосистемы в виде урожая и не поступает в цепи питания. Частичное потребление ее вредителями всячески пресекается деятельностью человека. В результате этого почва обедняется минеральными веществами, необходимыми для жизнедеятельности растений. Следовательно, снова необходимо вмешательство человека в виде внесения удобрений.

В агроценозах ослаблено действие естественного отбора и действует в основном искусственный отбор, направленный на максимальную продуктивность растений, нужных человеку, а не тех, которые лучше приспособлены к окружающим условиям.

Таким образом, агроценозы, в отличие от природных систем, не являются саморегулирующимися системами, а регулируются человеком. Задачей такой регуляции является повышение продуктивности агроценоза. Для этого орошаются засушливые и осушаются переувлажненные земли; уничтожаются сорняки и поедающие урожай животные, меняются сорта культивируемых растений и вносятся удобрения. Все это создает преимущества только для культивируемых растений.

В отличие от природной экосистемы агроценоз неустойчив, он быстро разрушается, т.к. культурные растения не выдержат конкуренции с дикорастущими и будут ими вытеснены.

Для агробиоценозов также характерен краевой эффект в размещении насекомых вредителей. Они концентрируются в основном в краевой полосе, а центр поля заселяют в меньшей степени. Указанное явление связано с тем, что в переходной полосе резко обостряется конкуренция между отдельными видами растений, а это в свою очередь, снижает у последних уровень защитных реакций против насекомых.

 

Саморегуляция и устойчивость экосистем. Динамика экосистем Циклические и направленные изменения в экосистемах. Аллогенные и автогенные изменения. Экологические сукцессии: их причины и механизмы. Первичные и вторичные сукцессии. Экзо – и эндогенетические сукцессии. Концепция климакса. Понятие дисклимакса. Циклический климакс.

Саморегуляция – главное свойство экосистем: за счет биотических связей количество всех видов поддерживается на постоянном уровне. Саморегуляция позволяет экосистемам выдерживать неблагоприятные воздействия. Например, лес может сохраниться (восстановиться) после нескольких лет засухи, бурного размножения майских жуков и/или зайцев.

Устойчивость экосистемы. Чем больше в экосистеме видов, тем больше там пищевых цепей, и тем более устойчивым (сбалансированным) является круговорот веществ и сама экосистема. Если количество видов (биологическое разнообразие) уменьшается, то экосистема становится неустойчивой и теряет способность к саморегуляции.

Поступательные изменения в сообществе приводят к смене одного сообщества другим. Причиной подобных смен могут быть факторы, длительное время действующие в одном направлении, например, возрастающее в результате мелиорации иссушение болот, увеличивающееся антропогенное загрязнение водоемов, усиленный выпас скота. Возникающие при этом смены одного биоценоза другим называют экзогенетическими. Если при этом упрощается структура сообщества, обедняется видовой состав, снижается продуктивность, то такая смена сообщества называется дигрессией. Однако смена одного биоценоза другим может произойти в результате процессов, происходящих внутри самого сообщества, в результате взаимодействия живых организмов между собой. Такая смена называется эндогенетической.

Закономерный направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и окружающей их абиотической средой называется сукцессией.

Сукцессия как последовательный переход одного биоценоза в другой в пространстве или во времени сопровождающийся сменой состояний и свойств всех его компонентов, может возникнуть как под воздействием природных факторов, так и под воздействием человека. В связи с этим различают несколько форм сукцессии: антропогенную, пирогенную, катастрофическую и др.

Антропогенная сукцессия — это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одном и том же биотопе под влиянием хозяйственной деятельности человека, его прямым или косвенным влиянием на экосистему. Например, вырубки леса, загазованность атмосферы и т.д.

Пирогенная сукцессия - это смена биоценозов в результате пожаров, вне зависимости от их причины (природные или по вине человека).

Катастрофическая сукцессия — это сукцессия, происходящая вследствие катастрофических для экосистемы происшествий: выдувание сильными ветрами, необычный паводок, массовое размножение вредителей и др.

Сукцессии в природе разномасштабны. Иерархичность в организации сообществ проявляется в иерархичности сукцессионых процессов: более крупные преобразования биогеоценозов складываются из более мелких. Даже в стабильных экосистемах с хорошо отрегулированным круговоротом веществ постоянно осуществляется множество локальных сукцессионных смен, поддерживающих сложную внутреннюю структуру сообществ.

Сукцессия представляет собой однонаправленное изменение растительного сообщества, вызываемое внутренними или внешними причинами, оканчивающееся климаксовым фитоценозом. Сукцессия не приводит к образованию нового фитоценоза, а является повторением уже ранее существовавших фитоценозов.

Типы сукцессий растительности:

· автогенные сукцессии — сукцессии, обусловленные внутренними причинами

· сингенез — сукцессии, вызванные взаимоотношениями между растениями

· эндоэкогенез — сукцессии, вызванные изменением условий местообитания

· аллогенные сукцессии — сукцессии, вызванные внешними по отношению к фитоценозу причинами

· гейтогенез — локальные изменения конкретных фитоценозов

· гологенез — изменения фитоценозов в пределах всего ландшафта

 

Экологическая система, как и живые организмы, с течением времени меняется, т. е. проявляет способность к развитию.

Сукцессия происходит под воздействием сообщества живых организмов, вызывающих изменения в окружающей среде.

Экологическую сукцессию можно определить как процесс последовательной и закономерной смены биогеоценозов.

По мере его существования за счет отмирающих организмов, экскрементов животных на дне образуются отложения. С течением времени их слой нарастает и пропорционально уменьшается объем воды. Озеро постепенно мелеет, в нем усиливаются гнилостные процессы, изменяется химический состав, а соответственно, меняется и видовой состав живых организмов (например, исчезают те из них, которым нужно высокое содержание кислорода в воде). Наконец, объем свободной воды сокращается до минимума. Теперь это уже биогеоценоз болотного типа, где преобладают сфагновые мхи и другие виды организмов. По мере того как субстанция уплотняется за счет отмирающих мхов, начинается формирование на поверхности почвенного слоя. Здесь поселяются различные виды трав, соответствующие виды животных и постепенно образуется биогеоценоз лугового типа. С увеличением почвенного слоя появляются кустарники, деревья, новые виды животных. И возникает биогеоценоз лесного типа.

При освоении организмами территорий, на которых ранее не существовало живых существ (например, островов в океане, образовавшихся в результате подводного извержения вулкана), говорят о первичной сукцессии. Она длится довольно долго — на протяжении сотен и тысяч лет. Сначала на голой скале поселяются самые неприхотливые организмы — лишайники и мхи. Благодаря их отмиранию (из поколения в поколение), а также разрушению поверхностного слоя скалы формируется (еще тонкий пока) почвенный слой. На нем уже могут произрастать другие растения — высшие травянистые. С увеличением почвенного слоя здесь появляются кустарники и деревья, различные беспозвоночные и позвоночные животные. Происходит образование лесного биогеоценоза — более сложной (по видовому составу) и устойчивой экосистемы.

 

Вторичная сукцессия происходит на месте, где ранее уже существовал биогеоценоз, но был уничтожен в результате какой-либо катастрофы (лесной пожар, извержение вулкана). Она протекает гораздо быстрее, чем первичная. Для этого процесса бывает достаточно нескольких десятков лет. Примером вторичной сукцессии может служить восстановление таежного биогеоценоза после пожара. На месте пожарища так сильно изменены условия (например, минеральный состав почв), что первые годы здесь способны произрастать лишь определенные виды трав (вейник, иван-чай). Впоследствии появляются многочисленные кустарники и в конце концов древесные формы — лиственные (светолюбивые), а затем и хвойные (еловые, пихтовые), нуждающиеся в тени для нормального развития их подроста. Таким образом, в ходе вторичной экологической сукцессии происходит восстановление на месте пожара исходного, таежного биогеоценоза.

При этом последовательные сообщества, сменяющие друг друга, называются сериями или стадиями. Конечным результатом сукцессии будет состояние стабилизированнной экосистемы - климакс (климакс - лестница, "зрелая ступень", гр.).

ДИСКЛИМАКС

антропогенный субклимакс, нарушенный климакс, длительное субклимаксное состояние сообщества, порожденное деятельностью человека и свидетельствующее о его бесхозяйственности (например, пустынное сообщество в степи, возникшее из-за перевыпаса растительности).

Дисклимакс

(от лат. отрицательной приставки dis и климакс) - растительность дигрессивного ряда изменений климакса; напр., устойчивое пастбище на месте сведенного леса.

 

36. Биологическое разнообразие – самый ценный ресурс планеты. Сохранение естественных экосистем.

Биологическое разнообразие — существование многочисленных видов растений и животных — непременное условие для выживания человека. На защиту и сохранение разнообразных видов животных и растений и их среды обитания направлена Конвенция Организации Объединенных Наций о биологическом разнообразии (1992 год), к которой присоединились 190 стран. Конвенция обязывает государства сохранять биоразнообразие, обеспечивать его устойчивое развитие и предусматривает добросовестное и справедливое распределение выгод от использования генетических ресурсов. Ее Картахенский протокол, который вступил в силу в 2003 году, направленный на обеспечение безопасного использования генетически модифицированных организмов, подписали в настоящее время 143 страны.

 

Защита исчезающих видов обеспечена принятой в 1973 году Конвенцией о международной торговле видами дикой флоры и фауны, находящимися под угрозой исчезновения, реализацией которой занимается ЮНЕП. 172 государства — участника Конвенции проводят периодические встречи по обновлению списка видов растений и животных или продуктов растительного и животного происхождения, таких как слоновая кость, которые подлежат охране путем введения квот на добычу или полного ее запрета. Боннская конвенция по сохранению мигрирующих видов диких животных 1979 года и ряд смежных соглашений направлены на сохранение диких животных, мигрирующих по земле, воде и воздуху, и среды их обитания. 104 государства являются участниками этой Конвенции.

 

Программа ЮНЕСКО «Человек и биосфера» занимается вопросами разработки, в рамках естественных и общественных наук, основы для устойчивого использования и сохранения биологического разнообразия, а также улучшения отношения людей к окружающей среде во всем мире. Программа стимулирует проведение междисциплинарного исследования, предполагая наличие демонстрационного этапа и организацию подготовки с использованием биосферных заповедников в качестве живых лабораторий для изучения устойчивого развития.

 

Кислотные дожди. Вызываемые выбросом диоксида серы промышленными предприятиями «кислотные дожди» значительно сократились на большой части территории Европы и Северной Америки благодаря Конвенции о трансграничном загрязнении воздуха на большие расстояния 1979 года. Конвенция, к которой присоединилось 51 государство, регулируется Европейской экономической комиссией ООН. Ее охват заметно расширился с принятием восьми протоколов по таким вопросам, как борьба с приземным озоном, стойкими органическими загрязнителям, тяжелыми металлами, а также относительно дальнейшего сокращения выбросов серы, выбросов летучих органических соединений и ограничения выбросов окислов азота.

 

Опасные отходы и химические вещества. Для регулирования вопроса о миллионах тонн токсичных отходов, ежегодно пересекающих национальные границы, государства-члены в 1989 году согласовали Базельскую конвенцию о контроле за трансграничной перевозкой опасных отходов и их удалением, реализацию которой осуществляет ЮНЕП. Этот Договор, к которому присоединились 170 государств, был подкреплен в 1995 году запретом на вывоз токсичных отходов в развивающиеся страны, зачастую не обладающие технологиями для их безопасной утилизации. В 1999 году правительства приняли Базельский протокол об ответственности и компенсации за ущерб, касающийся финансовой ответственности в случае незаконного сброса или случайного разлива опасных отходов.

 

Рыболовство в открытом море. В связи с чрезмерным выловом рыбы и почти полным исчезновением многих коммерчески ценных пород рыб наряду с увеличением случаев незаконного, нерегулируемого и неучтенного лова в открытом море правительства призвали к принятию мер по сохранению и рациональному использованию рыбных запасов, особенно мигрирующих на далекие расстояния в океанах или пересекающих экономические зоны нескольких стран. Заключенное в 1995 г. и вступившее в силу в декабре 2001 г. Соглашение Организации Объединенных Наций о сохранении трансграничных рыбных запасов и запасов далеко мигрирующих рыб и управления ими предусматривает режим сохранения и управления этими запасами с учетом обеспечения их выживания в долгосрочной перспективе.