Сукцессии экосистем под влиянием хозяйственной деятельности человека

⇐ ПредыдущаяСтр 10 из 28Следующая ⇒

Пастбищная дегрессия. Экосистемы степей и лугов изменяются под влиянием сильного выпаса скота. Высокорослые растения могут приспособиться только к умеренному выпасу или сенокошению и потому на пастбищах, где скота пасется много, постепенно исчезают из травостоя. Им на смену приходят низкорослые растения с прижатыми к земле розетками листьев. Такие растения меньше страдают от копыт животных, и их труднее скусывать. Не боятся сильного выпаса высокорослые колючие (чертополохи) или горькие (полыни) растения, которые не поедаются животными. В степях на смену ковылям вначале приходит типчак, а потом и низкая полынь австрийская. В лучше увлажненных луговых экосистемах при выпасе разрастаются подорожники, одуванчик, клевер ползучий, лапчатка гусиная, гречишка птичья (рис. 56).

Рекреационные сукцессии (от латинского слова рекреацио – отдых) – это изменение экосистем под влиянием отдыхающих. Чаще всего они происходят в лесах, которые посещают люди для отдыха. Вначале к лесным видам, таким, как сныть, копытень и подмаренник душистый, начинают примешиваться более устойчивые к вытаптыванию луговые травы: мятлик узколистный, подорожники. Со временем настоящие лесные травы полностью исчезают и им на смену приходят луговые растения. В это же время в лесу прекращается возобновление деревьев, так как ухудшаются условия для всходов древесных растений. Обедняется птичье население, и на смену лесным птицам приходят птицы–спутники человека. Из-за уплотнения почвы начинаются болезни корневых систем деревьев, они усыхают и лес гибнет.

Сукцессии эвтрофикации озер (от греческого слова эутрофия – хорошее питание). В экосистемах озёр, если в них попадают удобрения с полей или органические вещества промышленных и бытовых стоков, происходят изменения. Исчезают водные растения, растущие только в чистой воде (горец земноводный, сальвиния плавающая), и разрастаются растения загрязненных вод – роголистник, ряски. Происходит «цветение воды» – взрывное размножение водорослей и особенно цианобактерий, которое выделяют в воду ядовитые вещества. При разложении мертвых остатков погибших организмов интенсивно размножающимися аэробными бактериями в воде резко снижается содержание кислорода. Из-за нехватки кислорода гибнут животные, в первую очередь рыбы. Озеро превращается в большую зловонную лужу с бурой пеной.

Кроме сукцессий, т.е. постепенных изменений экосистем, иногда происходят «скачкообразные» изменения экосистем, вызываемые нарушениями – рубкой леса, распашкой степи, пожаром, разливом нефти и др.

Восстановительные сукцессии экосистем

Если действие внешних факторов (как правило, связанных с человеком, реже природных, например пожаров от молний и сильных наводнений), вызвавших сукцессию и нарушивших экосистемы, прекращается, то обычно начинается процесс самовосстановления экосистемы. Восстановительные сукцессии, также, как и сукцессии при зарастании скал и озер, протекают под влиянием внутренних факторов, однако, как правило, значительно быстрее. Большая скорость сукцессии связана с тем, что экосистема, которая восстанавливается, была разрушена не полностью: в почве остаются семена, корневища и клубни растений, а также многие виды животных в покоящихся стадиях.

При снижении пастбищной нагрузки на пастбищах восстанавливаются высокорослые травы; при уменьшении влияния на лес отдыхающих – лесные растения. В озере избыток элементов питания осаждается на дно с мертвым планктоном и захоранивается в сапропеле, роль цианобактерий снижается, восстанавливаются популяции зеленых и диатомовых водорослей. Со временем вешние воды и птицы на своих лапках заносят икринки рыб и семена водных растений, появляются плотва, окунь и другие типичные обитатели озера. На вырубках восстанавливается древостой, на заброшенной пашне – степь или лес. Восстанавливаются естественные экосистемы на строительных площадках и отвалах пустой породы возле карьеров горных разработок и горно-обогатительных комбинатов. Зарастание отвалов препятствуют развеиванию породы и запылению атмосферы.

На 57 показаны три стадии сукцессии зарастания нарушенных участков (откосы дорог, заброшенная пашня, бурты земли после строительства). Под влиянием внутренних факторов на смену растениям-однолетникам (марь белая, лебеда и др.) приходят двулетники (чертополохи, татарник, полынь обыкновенная), которых затем вытесняют луговые травы, в первую очередь, пырей ползучий. Эта сукцессия не требует внешних вмешательств, и если ей не мешать, то в лесной зоне после луговых трав появятся всходы деревьев и вырастет лес, а в степной зоне восстановится степь.

Однако, если экосистема нарушена очень сильно, она может и не восстановиться. На пастбищах приходится высевать травы, в лесах – сажать новые деревья, пруды после того, как произойдет самоочищение воды, – заселять молодью рыбы.

Зарастанию отвалов пустой породы, если их условия неблагоприятны для роста растений, помогает человек. Он покрывает поверхность отвала слоем почвы толщиной в 10–20 см и высевает семена трав, кустарников и деревьев. Такие мероприятия называются рекультивацией.

При рациональном природопользовании влияние хозяйственной деятельности человека не должно превышать того порога, после которого экосистема не может сама себя восстановить. Для этого влияние человека (антропогенные нагрузки) нормируют. При экологическом нормировании нагрузок определяют, сколько скота можно содержать на одном гектаре пастбища, сколько отдыхающих могут посещать пригородный лесопарк в течение года, какое количество сточных вод может обезвредить сама водная экосистема и т.д.

Контрольные вопросы

1. Как изменяются луга и степи под влиянием сильного выпаса?

2. Как изменяется лес под влиянием отдыхающих?

3. Какие изменения происходят в экосистеме водоема при его эвтрофикации?

4. Какую роль в природе играют восстановительные сукцессии?

5. Что такое экологическое нормирование антропогенной нагрузки?

6. В каких случаях необходимо проводить рекультивацию?

Справочный материал

В восстановительных сукцессиях большую роль играют рудеральные растения, которые первыми заселяют нарушенные участки, выступают в роли «ремонтной бригады». Их семена переносятся ветром, водой и животными, цепляются к одежде. У многих из них в почве есть «банки» семян, которые десятки лет сохраняют всхожесть и массово прорастают, если нарушается поверхность почвы и меняется ее водно-воздушный режим.

При рекультивации часто используют не культурные виды трав, а смесь семян, полученных из естественных сообществ, которые расположены в сходных экологических условиях. В США для рекультивации нередко берут из леса почву, в которой есть семена трав и кустарников.

В Англии широко используют смеси семян луговых трав, которые собирают с естественных лугов. В степной зоне европейской части России при рекультивации применяется... сено. Скошенное в два срока и разбросанное по рекультивируемой поверхности сено содержит семена большинства растений степной экосистемы. Через четыре года этот участок по составу видов уже близок к естественной степи.

На Аляске (США) при рекультавации земель, нарушенных добычей нефти и газа, использовали прием управления сукцессией – вносили в невысоких дозах минеральные удобрения, которые помогали злакам, заселяющим нарушенные участки, быстрее формировать сомкнутый покров.

(ДОП.) § 37. СУКЦЕССИИ, ВЫЗЫВАЕМЫЕ заносОМ видов

Большие изменения в составе экосистем могут быть вызваны появлением в них новых видов. Как правило, это связано с деятельностью человека, хотя изредка возможно появление новых видов и естественным путем. Виды, появление которых вязано с человеком, называются заносными (или адвентивными). Доля адвентивных видов во флоре и фауне большинства регионов мира велика. Так, в России в разных районах они составляют от 10 до 40% флоры.

Заносными могут стать растения и животные, завезенные для акклиматизации, но одичавшие (натурализовавшиеся). К числу заносных видов относится большинство сорных растений, которые распространялись из района в район с культурными растениями, а также многие рудеральные растения, распространяющиеся при нарушении человеком естественных экосистем. На юго-востоке европейской части России быстро расселяются агрессивные американские рудеральные виды растений из родов амброзия и циклахена. (рис. 58).

Иногда появление заносного вида в экосистеме может пройти почти незаметно, так как в большинстве экосистем есть «вакантные места». Однако некоторые виды способны разрушить установившуюся систему отношений организмов в экосистеме – конкурентных и пищевых. Это происходит в следующих случаях.

Занос вида растения, для которого в экосистеме нет фитофага, или вида животного, для которого нет врага (хищника или паразита). Это самый опасный по последствиям вариант изменения экосистем под влиянием заносного вида. Примеров таких случаев особенно много.

В начале прошлого века из Америки в Австралию для создания колючих изгородей на пастбищах был завезен кактус опунция. Опунция хорошо акклиматизировалась и стала бурно размножаться. В начале нашего столетия площадь зарослей опунции ежедневно увеличивалась на 800 га. Никакие механические и химические способы борьбы не помогали. Австралийский континент мог превратиться в сплошные заросли колючек. Спасла положение бабочка кактусовая огневка, которую завезли в Австралию в 1928 г. Она поставила под контроль плотность популяций опунции. По сей день бичом экосистем Австралии являются европейские кролики, которые бегают быстрее, чем австралийские сумчатые волки.

Бедой для американских пастбищ стал занесенный в Северную Америку европейский зверобой. Скот его не ел, и зверобой начал заполнять пастбища, вытесняя кормовые травы. Справились со зверобоем завезенные из Европы насекомые-фитофаги.

Из-за отсутствия естественных врагов злом для плантаций картофеля стал колорадский жук. Разработать биологический метод контроля его численности пока не удается.

Занос вида-паразита. В конце прошлого столетия в Африку из Австралии был завезен вирус «коровьей чумы», передающийся при непосредственном контакте животных, через мочу и фекалии. Начался падеж сначала домашнего скота, а затем и диких растительноядных животных в саваннах Кении, где сейчас размещается национальный парк Серенгети. Численность антилоп-гну уменьшилась более чем в 10 раз. В результате уменьшения плотности популяции фитофагов накопилось значительное количество растительной массы в виде детрита, участились пожары. Началась замена деревьев и трав кустарниками, которые особенно легко восстанавливаются после пожаров. В 1950 г. была разработана вакцина, которую стали прививать домашнему скоту. После того как коровы перестали быть источником инфекции для естественных экосистем, дикие животные постепенно справились с болезнью. К 1980 г. плотность популяций была восстановлена, восстановилось и экологическое равновесие саванны.

По причине заноса паразитов в лесах Америки исчез зубчатый каштан, а в пойменных лесах Европы – вяз.

Контрольные вопросы

1. Какую опасность для экосистем представляет появление в экосистеме заносного вида, для которого нет «врага»?

2. Приведите примеры изменения экосистем в результате заноса в нее паразита.

Справочный материал

На Гавайские острова к 1979 г. было целенаправленно интродуцировано и случайно занесено 22 вида млекопитающих, около 160 видов птиц, 1300 видов насекомых и свыше 2000 видов цветковых растений. В результате сегодня под угрозой исчезновения находится 70% видов местной флоры островов, вымерло 22 вида птиц и много видов других групп организмов.

Козы, которых завезли на остров Святой Елены, быстро уничтожили 33 вида растений-эндемиков (т.е. тех, которые не обитают в других районах земного шара).

Особенно легко расселяются водные заносные виды. В последние годы во многих водоемах земного шара, в которых происходит эвтрофикация, отмечается массовое разрастание водных сорняков. Так в тропическом и субтропическом поясах очень широко расселились водный гиацинт и сальвиния назойливая, которые наносят значительный экономический ущерб, особенно в странах Африки, Юго-Восточной Азии и Австралии.

Водный гиацинт – красивое растение, в естественных условиях произрастающее в Амазонии, – был завезен аквариумистами в разные страны. Он натурализовался (то есть перешел к «самостоятельному» образу жизни) и стал бурно расселяться. Гиацинт образует маты (сплавины) площадью в сотни квадратных метров и толщиной в несколько метров. Эти маты препятствуют судоходству, пагубно влияют на рыбное население. Способ борьбы с водным гиацинтом пока не найден.

В оросительных каналах Европы большой вред наносит элодея канадская, а в водоемах Канады – разросшаяся там европейская уруть колосистая. В оросительных системах США много хлопот доставляет африканское растение аллигаторова трава. В Австралии рисовые поля зарастают занесенным из Азии куриным просом.

В последние годы экосистема Черного моря страдает от гребневика – беспозвоночного животного, занесенного с балластными водами судов. Гребневик поедает икру и молодь рыбы. В Азовском море он конкурирует за пищевые ресурсы с хамсой.

Экосистеме Средиземного моря наносит ущерб тропическая водоросль каулерпа, выделяющая в воду сильнодействующие токсины (по-видимому, каулерпа также занесена с балластными водами, хотя возможно, что виновниками ее расселения были аквариумисты).

В 60-е годы в озеро Виктория выпустили нильского окуня, и это стало причиной экологической катастрофы. Окунь уничтожил популяции местных травоядных рыб, и на дне озера образовалась обширная мертвая зона из-за гниющих водорослей. Расплодились улитки – переносчики шистоматоза – опасной паразитарной болезни домашних животных и человека. В довершение вокруг озера почти не осталось леса – его вырубили рыбаки, которые коптили окуней на деревянных кольях над костром.

Большой ущерб экосистемам Великих озер (США), а также судам и промышленным предприятиям, наносят экзотические виды моллюсков. Бурно размножаясь, они забивают водопроводные трубы и облепляют днища судов.

Пруды Москвы и Подмосковья заполнил ротан, завезенный с Дальнего Востока для борьбы с малярийным комаром, личинки которого живут в воде. Ныне ротан расселяется по Волге и дошел уже до г. Саратова. Он пожирает икру всех других рыб, а им самим «брезгуют» даже чайки, хотя его ловят рыболовы-любители. Ротан охотится на мелководье и потому неуязвим для главного хищника наших водных экосистем – судака. Ихтиологи возлагают надежды на щуку, которая охотиться на мелководье. Однако пока ее численность недостаточна, чтобы контролировать «разбушевавшегося» ротана. В реках и озерах Подмосковья к ротану недавно добавились два вида морских бычков – кругляк и цуцик.

Занесенный из Новой Зеландии в Шотландию плоский червь уничтожил 75% дождевых червей, что стало причиной резкого снижения продуктивности лугов.

Одомашненный лосось, который выращивался в норвежских фьордах, ныне обитает в 38 реках Скандинавии. Он разносит фурункулез – болезнь, которой не было у его дикого сородича. Скрещиваясь с «дикарями», он лишает их инстинкта дома, необходимого для размножения.

Поучительна история, которая произошла в Австралии, где основными фитофагами были кенгуру. Англичане, заселявшие материк, завезли туда коров. Коровы в Австралии чувствовали себя хорошо и легко привыкли есть новые для них растения. Однако коровий навоз не понравился местных жукам-навозникам, которые привыкли перерабатывать фекалии кенгуру. Количество навоза на пастбищах быстро росло, их полезная площадь уменьшалась. Неразложившийся навоз не удобрял почву. Пришлось завезти жуков-навозников из Африки. Они быстро размножились и восстановили нарушенное экологическое равновесие.

Заключение

Экосистемы динамичны, они постоянно изменяются в соответствии с суточными и сезонными ритмами изменения абиотических факторов, при колебаниях количества осадков и режима температуры в разные годы, под влиянием жизнедеятельности животных или гибели крупных растений. Все эти изменения обратимы, и любое состояние экосистемы, которое можно наблюдать при таких изменениях, рано или поздно снова повторяется.

Однако, кроме обратимых, то есть циклических (протекающих по кругу) изменений, происходят необратимые изменения экосистем, при которых меняется состав видов и (или) ее продуктивность и биомасса. Такие изменения называются экологическими сукцессиями. Сукцессии экосистем также очень разнообразны и происходят под влиянием жизнедеятельности их биоты (например при зарастании скал или озер) или под влиянием действия внешних факторов, как правило, связанных с деятельностью человека (выпаса, вытаптывания, попадания в водоем стоков, богатых элементами питания и т.д.).

Если влияние внешнего фактора прекратится (с пастбища уйдет лишний скот, в водоем не будут попадать новые порции загрязняющих веществ, пригородные лес благоустроят и отдыхающие будут ходить по специальным дорожкам), то прекратится вызванная этим фактором сукцессия. И тут же вместо нее начнется другая, восстановительная сукцессия. Причем, процесс будет протекать уже сам собой, примерно также, как сукцессия зарастания скал. На пастбище восстановится травостой, в водоеме очистится вода и на смену цианобактериям вновь придут зеленые и диатомовые водоросли, восстановится состав растений-макрофитов, рыб, амфибий и т.д.

Также «сами собой» восстанавливаются экосистемы после нарушений, когда в результате пожара, вырубки леса, вспашки степи и т.д. уничтожается вся экосистема или значительная часть входящих в нее видов. На пожарище или вырубке постепенно вырастает лес, на заброшенной пашне восстанавливается степь и т.д. Однако процесс восстановления может надолго затянуться, если поблизости нет участков, из которых возрождающаяся экосистема может заселиться видами растений и животных.

Большие изменения в составе экосистем может вызывать занос в них видов из других районов, особенно если с этими видами в «новый дом» не переселяются контролирующие их виды следующего трофического уровня. Беззащитными оказываются местные виды при заносе нового паразита, к которому у них еще не выработался иммунитет. В результате, маленький паразит может вызвать самые большие сукцессионные изменения в экосистеме.

В каждой экосистеме одновременно протекает несколько вариантов изменений, обратимых и необратимых. Поэтому изучать их динамику бывает достаточно сложно.

Индивидуальное задание

Тема: «Антропогенные сукцессии экосистем в районе».

Задача исследования – выявить основные изменения, происходящие в экосистемах под влиянием деятельности человека. Районом исследования могут быть окрестности города или села. Подберите пары экосистем в сходных условиях, испытывающих разные антропогенные нагрузки – нетронутый лес и лес интенсивно посещаемый отдыхающими, сенокос и пастбище, чистый и загрязненный водоем. Сравните видовой состав этих экосистем, в первую очередь растений, которые проще учесть. Постарайтесь выявить те виды растений (если удастся, то и животных), которые появляются или исчезают при усилении влияния человека.

Материал об антропогенных изменениях экосистем можно найти в статьях, опубликованных в журналах «Биология в школе» и «География в школе». Поскольку при сукцессиях в первую очередь изменяется состав растений, полезно познакомиться с книгой «Современная наука о растительности» (Б.М. Миркин, Л.Г. Наумова, М.: Логос, 2000), в которой подробно описаны разнообразные антропогенные сукцессии. Это книга – учебник для студентов, однако ее вполне может осилить старшеклассник, проявивший интерес к экологии.

⇐ Предыдущая 5 6 7 8 91011 12 13 14 Следующая ⇒