Естественные механизмы стабилизации экосистем

Естественные механизмы стабилизации экосистем

Экосистемы благодаря кругообороту веществ способны длительное время сохранять видовой состав при наличии отрицательных связей. Ранее отмечалось, что выход даже одного абиотического фактора за критические пределы может привести к гибели организма. Однако фитофаги не могут уничтожить все растения, а хищники истребить всех жертв, поскольку в экосистемах действуют механизмы популяционного равновесия.

Человек и биосфера

Масштабы воздействия на биосферу

 

Человек издавна оказывал воздействие как на отдельные виды растений, животных, то и на всю биосферу в целом.

В ХХ веке произошли революционные изменения в науке и технике, что привело к тому, что антропогенные воздействия вышли на один уровень с естественными процессами планетарного масштаба.

Изменение ландшафтов (города, поселки, поля) затронули уже более 20% (1/5) территории суши. Искусственное перемещение веществ превышает естественное (эрозия почв, воздушная и водная).

Транспорт и промышленность потребляют около 10% всего производимого на планете кислорода. Некоторые страны потребляют кислорода больше, чем производят произрастающие в них растения.

Уровень воздействия достиг такого масштаба, что начал определять эволюционные процессы большинства экосистем.

Гипотеза В.И. Вернадского о разумном переростке экосистем пока не подтверждается, так как переход биосферы в новую фазу сопровождается в основном негативными последствиями.

Эксплуатация биологических ресурсов.

Катастрофический характер влияния человека на природу, прежде всего, характеризуется списком истребленных человеком животных и растений (животных и птицы). Зарегистрировано исчезновение более 100 видов только крупных млекопитающих и примерно столько же видов и подвидов птиц (бескрылая гагарка, стеллерова корова и другие).

В Европе исчезли лесные слоны носороги, мамонты, гигантские олени (100000 лет назад), на Кавказе лев (Х в.), тур (ХII), бобр, лось (ХIХ), зубр, тигр (ХХ).

Среди основных причин гибели животных и птиц называют:

· промысловая и спортивная охота;

· уничтожение, как предполагаемых вредителей;

· вырубка лесов, распашка, застройка земель;

· истребление домашними (9,22) или завезенными дикими животными (10,24).

В первую очередь пропадали малочисленные виды с ограниченным распространением.

Однако известны случаи исчезновения многочисленных и широко распространенных видов. Например, странствующий голубь Северной Америки. Истребление началось в начале ХVII века, вырубались деревья (на одном дереве насчитывалось от 50…100 гнезд) 1879 г добыто» 1 мла штук (даже на корм свиньям). В 1899 была убита последняя птица. В начале ХХ века была поставлена мемориальная доска ² Этот вид вымер из-за алчности и легкомыслия человека ².

Более оптимистична судьба американских бизонов (для индейцев бизоны – источник питания). Их было» 40 млн., в конце ХIХ века бизонов убивали по 1,5…7 млн. штук (голов) в год. Довели численность до 800 голов, а затем предприняли охранные меры, которые позволили восстановить численность до 30000 голов. Угроза вымирания была снята.

С беловежскими зубрами ситуация не такая оптимистическая. В красную книгу СССР занесено более 450 видов животных и около 700 видов растений, которые находятся под угрозой исчезновения.

Рыбы

Перепромысел рыб влияет не только на численность, но и на структуру популяций.

В результате перепромысла происходит омоложение популяций, и уменьшение средних размеров рыб, то есть дальнейший промысел может оказаться неэффективным (одна мелочь!).

Например, многолетний интенсивный промысел сельди в Баренцевом море привел к подрыву её запасов, и место сельди заняла менее ценная – мойва.

В северном части Тихого океана, на смену морскому окуню пришел минтай, который в последние годы занимает первое место в мировом промысле рыб (рыбаки называют его "соломой").

Своевременные меры по охране и искусственному разведению позволяют спасти некоторые виды. Так на Каспии была спасена знаменитая белорыбица (60 г– 2 тыс., 85, – 17 тыс.).

Растения

Воздействие на растительность не менее разрушительно. С давних пор во всех странах мира неумеренно вырубались леса сначала для подсечного земледелия, затем для получения древесины. Некоторые средиземноморские страны (например, Греция) практически лишились леса, так как восстановлению лесов препятствовали козы и другие домашние животные. В России с конца ХVII в до начала ХХ веков лесистость снизилась с 51 до 33%, то есть было сведено»30% лесов.

В настоящее время происходит хищническое истребление лесов Центральной и Южной Америки, Индонезии.

Дождевые тропические леса – самые богатые экосистемы планеты: занимая лишь 8% ее площади они дают приют почти половине ныне живущих видов животных.

Уникальные леса сводятся примерно по 80000 км²/год (270*270 км/год). Вырубки дополняются возросшим числом пожаров.

Частично леса замещают посадками ценных в технических древесных пород, но делают это не везде.

Одновидовые посадки малоустойчивы к воздействием болезней и вредителей.

Опыт рационального использования лесов имеется у индейцев Амазонки, которые вырубки компенсируют лесопосадками.

Истребление затронуло не только леса. Например, только во Франции за последние сто лет исчезло около 20 видов растения. На острове Святой Елены уничтожен лес, из местных видов растений сохранилось 79, но появилось около 1000 новых видов сорных и культурных растений.

Поскольку эксплуатация биологических ресурсов неизбежна, необходимо вести ее с учетом экологических закономерностей:

· на основе изучения популяций, определять нормы воздействия, которые будут компенсироваться репродукцией (когда, сколько);

· снижение биологического разнообразия, должно компенсироваться специальным подбором видов, которые сформируют экосистему с заданными свойствами.

Влияние транспорта

Развитие транспорта резко увеличило переселение животных и растений из одних экосистем в другие. Животные и растения ²путешествуют² вместе с грузами, прикрепляясь к днищам кораблей, проникая в железнодорожные вагоны, трюмы судов, салоны самолетов.

Даже глухие незаселенные места быстро заселяются крысами, домашними мышами, амбарными вредителями, сорняками, если в них появились геологи или первые строители.

Интенсивность транспортировки значительно увеличилась благодаря росту скоростей. Животные не успевают закончить жизненный цикл или погибнуть (чайные випперы, прикрепленные к днищу моллюски, по окончании цикла личинки сбрасывают в море).

Масштабы непреднамеренного расселения весьма существенно. Отмечено, что в крупные порты регулярно завозятся десятки видов, например, в Гамбург (1930 г) завезено за 3 года около 500 видов. В окрестностях Одессы существуют поселения термитов.

В суднах с рисом регистрировалось до 40 видов членистоногих (насекомые, пауки).

В основном на судах транспортируются:

· семена растений (подорожник, "след белого человека" в Северной Америке);

· беспозвоночные животные;

· позвоночные (амфибии и рептилии);

· млекопитающиеся (и не только крысы);

· птицы (редко);

Результат интродукции (внедрения в экосистемы новых видов) определяется экологическими закономерностями: диапазоном переносимых колебаний абиотических факторов (степень эврибионтности вида), наличием врагов и др..

При благоприятных климатических условиях среды, отсутствии мощных конкурентов и специализированных хищников возможно укоренение вида. Затем, возможен демографический взрыв, завезенного вида, который сопровождается неблагоприятным воздействием на некоторые условия жизни человека.

Элодея (1842 г Англия), растение заселившееся в водоемах (нельзя ловить сетями, затруднено судоходство). Водяной гиацинт 1884 г (отростки одного растения способны за десять месяцев покрыть водоем 60*60 м).

1938 – 1939 гг. в Бразилии вспышка малярии (12 тыс. жителей погибло; малярийный комар, на истребителе случайно был доставлен из Южной Африки). Эти комары могут разводиться на открытых прудах, а местные на затененных участках водоемов, в лесах, где мало населения).

В конце ХХ века коллекционер потерял несколько гусениц непарного шелкопряда. За двадцать лет этот вредитель захватил всю Северо-Восточную часть лесов США. Для борьбы с непарным шелкопрядом из Европы были завезены специальные паразиты и хищники для этого вида.

Колорадский жук начал интервенцию с Франции 1920 году. К 70 годам 20 века он уже захватил Европейскую часть России.

Акклиматизация

Акклиматизацией называют направленную намеренную интродукцию видов, представляющих ценность для человека.

Акклиматизация может быть неудачной, если неучтены неблагоприятные условия среды или начальная численность колонистов – недостаточна.

При очень благоприятном сочетании биотических и абиотических факторов может, резко возрасти численность интродуцента, и выйти за ожидаемые и допустимые рамки.

Классическим примером такой аклиматизации служат воробьи, завезенные из Англии в Америку, и кролики завезенные в Австралию.

Обычно численность нормального интродуцированного вида сначала растет, затем уменьшается до установившегося значения, которое и будет определять его продуктивность.

Вхождение нового вида иногда требует перестройки всего сообщества. Например, в Австралию (1788), завезли овец и рогатый скот. Возникла проблема разрушения помета, так как не нашлось нужных детритофагов. Только в 1967 г. были выбраны и завезены 4 вида навозников, которые начали перерабатывать навоз и восстанавливать экологическое равновесие.

В 1965 в зону Панамского канала вселили окуня, который выел мелких рыб. Из-за этого резко развился зоопланктон начала цвести вода, возникла вероятность эпидемических вспышек малярии.

Масштабы акклиматизации как направленной, так и неумышленной – весьма впечатляющи. В США известно около 200 000 вселившихся видов и разновидностей растений. В Англии более 700 видов.

В СССР до 1970 г было выпущено для акклиматизации 470 000 особей 48 видов только млекопитающих.

В современном бентосе (глубина, организмы, живущие на грунте и в грунте дна водоемов) Каспия на долю азово-черноморских переселенцев приходится 98…99 % биомассы.

Изменение ландшафтов

Освоение природных комплексов изменяет условия существования отдельных видов и целых сообществ. Изменения идут в следующих направлениях:

· обедняется видовой состав и упрощаются связи в экосистемах и, как следствие, снижается устойчивость экосистем;

· устойчивость биоценозов увеличивают путем введения в исходный тип ландшафта элементов мозаичности (внедряют зеленые островки с другими видами растений);

· антропогенным ландшафтам придают некоторые черты естественных, что позволяет сохранить определенные организмы (зелёные насаждения городов).

Плохо, что сложные природные ландшафты обычно заменяют простыми с одной культурой (например, пшеницей; остальные виды растений и большое число живых организмов выбывают из состава экосистемы, мигрируют или вымирают).

Сохранившиеся виды получают благоприятные условия, включая обилие пищи. Их численность, может резко возрасти и нанести серьезный ущерб урожаю. К таким видам относятся: серые полевки, клопы-черепашки, подгрызающие совки, жук-кузька и др.

Вспышки численности отдельных видов возможны как в сельскохозяйственных, так и лесных упрощенных экосистемах (где мало видов). Например, в лесах, подвергающихся вырубке, часто наблюдаются вспышки численности короеда.

Для создания видового разнообразия в монокультурных лесах, удобных для механизированной обработки и эксплуатации, создают сложные опушки или островки разнообразия, где высаживаются деревья различных пород, устанавливают кормушки для птиц.

В открытых ландшафтах (степи, крупные поля) разнообразие создается лесными полосами, живыми изгородями.

Элементы мозаичности при вырубках лесов, обычно обогащают разнообразие экосистем, и приводит к неожиданно благоприятным экологическим последствиям.

Например, в Канаде за последние 30…40 лет численность бобров (обладающих ценным мехом) значительно увеличилась (достигнут уровень 90 годов ХIХ века). Это связано с увеличением числа лиственных лесов.

Синантропизация фауны

Процесс приспосабливания организмов к жилью, зонам отдыха, человеку – называют синантропизацией.

Синантропные организмы (syn - вместе, антропос – человек) животные и растения, существование которых связано с человеком (мыши, крысы, тараканы, клопы…).

Воздействие человеческой деятельности на природу носит двойственный характер.

1. Для одних организмов условия ухудшаются, поэтому для сохранения видов нужны специальные мероприятия: охрана и искусственное воспроизводство.

2. Другие организмы получают некоторые преимущества и направленно приспосабливаются к новым условиям или экосистемам, измененным человеком.

Известно множество случаев, когда некоторые виды достигают большой численности именно в искусственных условиях.

Например, более 85 % трясогузок обитает в постройках человека, лесной сурок Северной Америки селится на обочинах дорог, на полях Западной Европы остаются зимовать тундровые гуси и лебеди. Кабаны, используя остатки сельскохозяйственной продукции, могут осваивать более северные районы.

Плотная застройка городов, обилие корма создают благоприятные условия для некоторых птиц, грызунов, уток грачей.

Многие организмы создают урбанизированные популяции. Например, птицы могут петь в темноте, собирать пищу под освещенными окнами. У них менее развита реакция на хищников. Городские водоемы – непригодны для комаров, однако, их личинки теперь успешно развиваются в сырых подвалах домов.

Богатая городская фауна удовлетворяет эстетическим запросам человека, способствует устойчивости зеленых насаждений. Однако имеется и отрицательные последствия:

· повреждения фруктовых садов;

· помехи авиации;

· перенос инфекции.

Численность населения

С древнейших времен (более 10000 лет назад) численность человечества не превышало нескольких сот миллионов. В 1830 г она достигла 1 мла. Затем численность народонаселения увеличивалась взрывообразно:

 

Год,t	Интервал, ∆t, лет	Численность
		1 мла
		2 мла
		3 мла
		4 мла
		5 мла
		6 мла
		6,5 мла

(Каждые 2 дня население увеличивается на 480 тыс.)

В связи с тем, что уже сейчас воздействие на среду превысило критические значения, дальнейшее увеличение воздействия может привести к необратимым последствиям.

Темпы роста населения

Зависит от уровня развития страны. Население высокоразвитых стран приближается к постоянному уровню, поэтому основной прирост населения идет в развивающихся странах.

Темпы прироста населения и его диспропорции характеризуются суммарным коэффициентом рождаемости (СКР), то есть средним числом детей, которое рождает каждая женщина в течение жизни.

Стабилизация численности будет наблюдаться при простом воспроизводстве СКР = 2,03 (развитые страны), СКР = 2,20 – (развивающихся стран, так как у них выше детская смертность). В последние годы эти коэффициенты примерно равны СКР_р = 1,9; СКР_ср = 4,1.

Столь разные СКР ведут к различию полововозрастных пирамид, показывающих количество людей в одной возрастной группе.

При СКР» 2 каждая возрастная группа заменяется новой такой же численности. При СКР» 4 после каждой пары остается четыре потомка, поэтому в населении преобладает молодежь (в 1984 г 40% дети моложе 15 лет).

Интересно, что если СКР_ср уменьшается до двух, рост численности в этих странах будет продолжаться еще 60 – 70 лет (уходят узкая полоса 80 летних, а прирост будет равен средней величине от полос 20 – 40 лет).

Через 50 – 70 лет население развитых стран будет составлять» 10%. При этом богатые будут богатеть, а бедные беднеть.

Для оценки прироста населения используют общие коэффициенты рождаемости и смертности ОКР и ОКС, которые показывают сколько рождений и смертей приходится на 1000 человек в год Р (%).

Темпы прироста можно выразить в процентах, зная ОКР и ОКС.

Р = (ОКР – ОКС) / 10; Время удвоения численности, Dt_2м = Р / 70

 

Число детей произведенных взрослым населением.

 

	ОКР	ОКС	Р	Dt2м
Развитые страны			0,6%
Развивающие страны			2,1%

 

Рост численности населения непосредственно влияет на реальное благосостояние (РБ), величину которого можно оценить уравнением.

РБ = Экономический рост – рост населения.

Если принять экономический рост за 2%, то реальное благосостояние для развитых стран составит 2,0 – 0,6» 1,4 %, а для развивающихся стран – 2,0 – 2,1» - 0,1 %. Таким образом для развивающихся стран реальное благосостояние при экономическом росте за 2 % будет постоянно ухудшаться.

 

 

Снижение рождаемости

Рассмотренные меры решения проблем будут несущественны, если не произойдет снижение рождаемости. Во многих развивающихся странах осуществляются программы планирования семьи и стабилизации численности населения (предохранения от беременности, экономические стимулы).

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Акимова, Т.А. Экология: учебник для вузов./ Т.А. Акимова, В.В. Хаскин − М: ЮНИТИ, 1999. − 455 с.

2. Акимова, Т.А. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда: Учебник для вузов/ Т.А. Акимова, В.В. Хаскин; 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ЮНИТИ − ДАНА, 2000. – 566 с.

3. Бганба, В.Р. Социальная экология: Учеб. пособие / В.Р. Бганба. − М.: Высш. шк., 2005. − 309 с.

4. Безопасность жизнедеятельности /под ред. С.В. Белова [и др.]. – М.: Высш. шк., 1999.– 448 с.

5. Безопасность жизнедеятельности: в вопросах и ответах, задачах и решениях /под ред. Г.В. Попова; Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2000.– 408 с.

6. Воронков, Н.А. Основы общей экологии (Общеобразовательный курс); Учебное пособие для студентов вузов и учителей / Н.А. Воронков. – М.: Агар, 1997. – 87 с.

7. Воронков, Н.А. Экология общая, социальная, прикладная / Н.А. Воронков. – М.: Агар, 1999. – 424 с.

8. Гарин, В.М. Экология для технических вузов/ В.М. Гарин, И.А. Кленова, В.И. Колесников. – Ростов-на-Дону: “Феникс”, 2001. – 384 с.

9. Горелов, А.А. Экология: Учеб. пособие для вузов/А.А. Горелов.– М.: Юрайт−М, 2001. – 312 с.

10. Инженерная экология и экологический менеджмент: Учебник / М.В. Буторина, П.В. Воробьев, А.П. Дмитриева и др. / Под ред. Н.И. Иванова, И.М. Фадина. – М.: Логос, 2003. – 528 с.

11. Инженерная экология: Учебник / Под ред. проф. В.Т. Медведева. − М.: Гардарики, 2002. − 687 с.

12. Ирхин, В.Ю. Уставы небес. 16 глав о науке и вере/ В.Ю. Ирхин, М.И. Кацнельсон.− Екатеринбург: У-Фактория, 2000. − 512 с. http://www.imp.uran.ru/ktm_lab/irkhin/.

13. Карпенко, М. Universum Sapiens (Вселенная Разумная)/ М. Карпенко. − Москва, 1992. − 364 с.

14. Концепция перехода России к устойчивому развитию. Указ Президента от 1.04. 1996 г. № 440. –//Рос. газета. – 20 апр. 1996 г.

15. Коробкин, В.И. Экология / В.И. Коробкин, Л.В. Передельский. – Ростов-на-Дону: Феникс”, 2000. – 576 с.

16. Маглыш, С.С. Общая экология: Учеб. пособие / С.С. Маглыш. − Гродно: ГрГУ, 2001. − 111с.

17. Мазур, И.И. Курс инженерной экологии: Учеб. для вузов / И.И. Мазур, О.И. Молдаванов; под ред. И.И. Мазура. − М.: Высш. шк., 1999. – 447 с.

18. Мельцаев, И.Г. Современные проблемы экологии /Мельцаев И.Г., [и др.].– Иваново, Пресс Сто, 2005. – 484 с.

19. Мельцаев, И.Г. Экология и проблемы жизнеобеспечения: учебное пособие/ И.Г Мельцаев., С.Г. Андрианов, А.Ф. Сорокин; под научной ред. Г.В. Попова, А.М. Осипова; ГОУ ВПО “Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина”. – Иваново, 2005.– 515 с.

20. Никаноров, А.М. Экология: для студентов вузов и специалистов экологов /А.М. Никаноров, Т.А. Хоружая. – М.: “ Изд-во ПРИОР”, 1999. – 304 с.

21. Николайкин, Н.И. Экология: Учеб. для вузов / Н.И. Николайкин, Н.Е. Николайкина, О.П. Мелехова; 3-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2004. – 624 с.

22. Орлов, А. И. Менеджмент в техносфере: Учеб. пособ. для студ. высш. учеб. заведений /А.И. Орлов, В. Н. Федосеев. – М.: Издательский центр «Академия», 2003. – 384 с.

23. Постановление Правительства РФ от 12.06.2003 № 344 “О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение отходов производства и потребления” // Рос. газ., № 120, 21.06.2003.

24. Потапов А.Д. Экология: Учеб. для строит. спец. вузов. – М.: Высш. шк., 2002. – 446 с.

25. Протасов, В.Ф. Экология, здоровье и охрана окружающей среды в России: Учеб. и справ. пособ. / В.Ф.. Протасов; 2-е изд. – М.: Финансы и статистика, 2000. – 672 с.

26. Пышненко, Е.А. Экология. Курс лекций / Е.А. Пышненко; ГОУ ВПО “Иван. гос. энерг. ун-т им. В.И. Ленина”. – Иваново, 2004. – 264 с.

27. Сборник задач к практическим занятиям по курсам "Экология", "Социальная экология" и "Природопользование" / Сост. Пышненко Е.А., Соколов А.К., Холостова И.А. − Иваново: ИГЭУ, 2000. − 40 с.

28. Соколов, А.К. О совершенстве живой природы. / А.К. Соколов // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Сб. науч. трудов. Междунар. науч.-техн. конф. ХVI Бенардосовские чтения. Том 1: Иваново, 2011. − С. 285-287..

29. Соколов, А.К. О совершенстве неживой природы / А.К. Соколов // Состояние и перспективы развития электротехнологии: Сб. науч. трудов. Междунар. науч.-техн. конф. ХVI Бенардосовские чтения. Том 1: Иваново, 2011. − С. 283-284.

30. Существует ли заботливый Творец. PRINTED IN GERMANI. DRUCK: WACHTTURM-GESELLSCHAFT, SELTERS/TAUNUS. 2006.− 192 c.

31. Федеральный закон об охране окружающей среды. – М.: “Изд-во ПРИОР”, 2002.- 48 с. (от 10 января 2002 г. № 7 – ФЗ)

32. Федеральный закон РФ “Об охране окружающей среды”, от 10.01.2002 г. № 7-ФЗ.

33. Шевчук, А.В. Экологические аспекты биосферы: Учеб. пособие / А.В. Шевчук. Иван. гос. энерг. ун-т. – Иваново, 2002. – 100 с.

34. Шилов, И.А. Экология: Учеб. для биол.. и мед. спец. вузов. / И.А. Шилов.– М.: Высш. шк., 1997. – 512 с.

35. Экология и безопасность жизнедеятельности: Учеб. пособ. для вузов / Д.А. Кривошеин, Л.А. Муравей, Н.И. Раева и др.; Под ред. Л.А. Муравья. – М.: ЮНИТИ – ДАНА, 2002. – 447 с.

36. Экология и право: Учеб. пособие / И.Г. Мельцаев, С.Г. Андрианов, А.Ф. Сорокин и др.; ГОУВПО «Ивановский государственный энергетический университет имени В.И. Ленина». − Иваново, 2007. − 568 с.

37. Экология: Методические указания и контрольные задания для студентов заочного факультета / Иван. гос. энерг. ун-т; Сост. Е.А. Пышненко. − Иваново, 2002. − 48 с. (№ 1399)

 

Естественные механизмы стабилизации экосистем

Экосистемы благодаря кругообороту веществ способны длительное время сохранять видовой состав при наличии отрицательных связей. Ранее отмечалось, что выход даже одного абиотического фактора за критические пределы может привести к гибели организма. Однако фитофаги не могут уничтожить все растения, а хищники истребить всех жертв, поскольку в экосистемах действуют механизмы популяционного равновесия.