СТАБИЛЬНОСТЬ И РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ

⇐ ПредыдущаяСтр 6 из 28Следующая ⇒

В нормальном состоянии любой экологической системе присуще устойчивое состояние, называемое гомеостазом. Это состояние харак-теризуется динамическим (подвижным) равновесием между рождаемо-стью и смертностью, потреблением и освобождением вещества и энер-гии.

В то же время любая экосистема входит в иерархию систем и по-этому подвергается внешним воздействиям, стремящимся вывести ее из равновесия. Если это влияние не слишком сильное, то нарушенные свя-зи заменяются другими и процесс передачи вещества и энергии про-должается. Процесс замены исчезнувшего по каким-либо причинам ви-да другим видом, который занимает опустевшую экологическую нишу, называется экологическим дублированием. Таким образом, экосистемы сопротивляются воздействиям, нарушающим их стабильность.

Система тем надежнее и стабильнее, чем большее видовое разно-образие она имеет. Это обеспечивает широкие возможности для эколо-гического дублирования.

В то же время под влиянием внешних и внутренних факторов в экологических системах происходят постоянные изменения. Некоторые виды в экосистемах, испытывая негативные воздействия, снижают свою численность, а иногда вовсе исчезают. Другие виды могут от этого вы-играть, и их численность возрастает. Происходит вытеснение одних ви-дов другими.

Процессы последовательных изменений состояния экосистем в пространстве или во времени, сопровождающиеся сменой состояний и

свойств всех ее компонентов, называются сукцессиями. Сукцессии – это постепенные необратимые направленные изменения в экосистемах, протекающие в результате внешних и внутренних причин на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействий человека.

Различают множество форм сукцессии: пирогенную, катастрофи-ческую, антропогенную. Причиной пирогенных сукцессий являются пожары; катастрофической – извержения вулканов, ураганы, необыч-ный паводок, массовое размножение вредителей и т.п.; антропогенных – хозяйственная деятельность человека.

Различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сук-цессия –процесс развития и смены экосистем на незаселенных участ-ках, появившейся девственной суши, оголенной материковой породе и т.п.

Примером первичной сукцессии служит заселение организмами обнаженной горной породы на недавно образовавшемся вулканическом острове. Схема развития данной экосистемы приведена на рисунке 2.5.

Первые живые организмы попадают на остров различными путя-ми: приплывают по морю, заносятся ветром или птицами. Это, прежде всего, споры цианобактерий, которые подготавливают условия, в кото-рых начинают развиваться лишайники, мхи и папоротники. Постепен-ное накопление отмерших и разлагающихся организмов и эрозия горной породы в результате выветривания приводят к формированию слоя почвы, достаточной для того, чтобы здесь смогли поселиться более крупные и требовательные к питательным веществам формы – семен-ные растения, включая травы, кустарники и деревья. Завершающее со-общество – устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равно-весии со средой – называется климаксным сообществом.

Рисунок 2.5 – Типичная наземная сукцессия

Вторичная сукцессия –постепенное восстановление свойствен-ного данной местности сообщества после нанесенных повреждений (последствий бури, пожара, вырубки и т.п.). Вторичная сукцессия на-чинается там, где поверхность полностью или в значительной степени лишена растительности, но прежде находилась под влиянием живых организмов и обладает органическим компонентом.

Например, если поле на месте вырубленного когда- то леса пе-рестать обрабатывать, то обычно за несколько стадий здесь вновь сфор-мируется лесная экосистема, типичная для данной местности. Возник-шая в результате вторичной сукцессии климаксная система может су-щественно отличаться от первичной, если изменились некоторые харак-теристики ландшафта или климатические условия.

Способность экосистемы относительно полно самовосстанавли-ваться и саморегулироваться в течение сукцессионного или эволюцион-ного отрезка ее существования называется экологической надежно-

стью.

ЭКОСИСТЕМНЫЕ ЗАКОНЫ

Экосистемные законы отражают общие принципы организации и функционирования экологических систем в целом.

Сложение экосистем осуществляется на принципах экологической комплементарности (дополнительности) и экологической конгруэнтно-сти (соответствия).

Принцип экологической комплементарности: никакая функ-

циональная часть системы (экологический компонент, элемент и т.п.) не может существовать без других функционально дополняющих час-

тей. Происходит это в силу того, что каждая подсистема связана с дру-гими согласно общему философскому принципу дополнительности, ус-тановленному Нильсом Бором для любых материальных систем (две взаимосвязанные, но различные материальные системы дополняют друг друга в своем единстве и противоположности), а также группе законо-мерностей сложения систем в целом (закон необходимого разнообразия, полноты составляющих и др.).

Совершенно очевидно, что никакая система не может сформиро-ваться из абсолютно идентичных элементов. Даже в кристаллической решетке положение атомов в ней делает их функционально различны-ми. Поэтому для стабильного существования система должна иметь не-обходимое число и разнокачественность подсистем. Количество функ-циональных составляющих системы должно быть оптимальным – без недостатка или избытка в зависимости от типа системы.

Например, в экологической системе любой организм поглощает (ассимилирует) из внешней среды одни вещества и выделяет в нее про-дукты своей жизнедеятельности. Если бы не было дополняющих видов, использующих продукты жизнедеятельности и восстанавливающих их до продуктов ассимиляции, через какой-то промежуток времени необ-ходимые ресурсы жизни для организма были бы исчерпаны.

Принцип экологической конгруэнтности: функционально допол-

няя друг друга, живые составляющие экосистемы вырабатывают для этого соответствующие приспособления, скоординированные с усло-виями абиотической среды, в значительной мере преобразуемой теми же организмами.

Согласно этому принципу, наблюдается двойной ряд соответст-вия. С одной стороны – между организмами и абиотическими условия-ми; с другой – между организмами в экосистеме. Так, виды, составляю-щие, например, экосистемы пустыни, с одной стороны, приспособлены к ее климатическим и другим абиотическим факторам, а с другой – к среде экосистемы и друг к другу.

Суммарным отражением принципов экологической комплемен-тарности и конгруэнтности является принцип(закон)формированияэкосистемы: длительное существование организмов возможно лишь врамках экологических систем, где их компоненты и элементы дополня-ют друг друга и, соответственно, приспособлены друг к другу. Этообеспечивает воспроизводство среды обитания каждого вида и относи-тельно неизменное существование всех экологических компонентов.

В начале 70-х годов ХХ столетия Н.Ф. Реймерсом был сформули-

рован закон внутреннего динамического равновесия экосистем: веще-

ство, энергия, информация и динамические качества отдельных при-родных систем и их иерархии взаимосвязаны настолько, что любое из-менение одного из этих показателей вызывает сопутствующие функ-ционально-структурные, количественные и качественные перемены, сохраняющие общую сумму вещественно- энергетических, информаци-онных и динамических качеств системы, где эти изменения происхо-дят, или в их иерархии.

Данный закон раскрывает механизм экологического баланса. Эко-логическая система находится в состоянии динамического равновесия. Она непрерывно балансирует, выравнивая рождаемость и смертность, микро- и макроэволюцию, разные энергетические и химические процес-сы.

При внешнем воздействии равновесие в экосистеме может нару-шиться. Чтобы этого не произошло, системы вынуждены своевременно реагировать на изменения потоков вещества и энергии. При этом сумма динамических качеств, информации, вещества и энергии в системах ос-

тается неизменной, хотя сами элементы количественно меняются. Уп-рощенно эту закономерность можно представить в виде уравнения: а + + b + с + d = f. Слагаемые а, b, с иdмогут меняться, а суммаfостаетсяпостоянной (f = const). Однако уравнение справедливо до тех пор, пока процессы в природе проходят сами собой.

Человеческая деятельность ощутимо меняет структуру экосистем. Люди или слишком много берут из экосистемы, или слишком много вносят в нее новых элементов разного свойства. Поэтому динамическое равновесие нарушается, меняется сумма компонентов системы.

Справедливость закона внутреннего динамического равновесия подтверждают такие примеры взаимодействия человека с природными экосистемами, как приаральская, азовская, волжско-каспийская эколо-гические катастрофы и другие.

Из рассмотренного закона вытекает 4 важных следствия.

1. Любые изменения среды (вещества, энергии, информации, ди-намических качеств экосистемы) неизбежно приводят к развитию природных цепных реакций, идущих в сторону нейтрализации произве-денного изменения или формирования новых природных систем, образо-вание которых при значительных изменениях среды может принять необратимый характер.

Под цепной реакцией в природе понимается цепь природных яв-лений, изменение каждого из которых влечет за собой изменение дру-гих, связанных с ним явлений.

Действие рассматриваемой закономерности можно продемонст-рировать на следующих примерах. Распаханный луг при отсутствии дальнейшего воздействия через некоторое время возвращается в естест-венное исходное состояние, т.е. наблюдается нейтрализация произве-денных изменений. При сильном загрязнении озеро теряет возможность самоочищения, в воде развиваются анаэробные организмы, и оно пре-вращается в болото, т.е. формируется новая природная система.

2. Взаимодействие вещественно-энергетических экологических компонентов (энергия, газы, жидкости, продуценты, консументы и т.д.), информации и динамических качеств природных систем нели-нейно.

При слабом воздействии или незначительном изменении одного из компонентов экосистемы могут возникнуть сильные отклонения в других компонентах и во всей системе в целом. Например, малые от-клонения в газовом составе атмосферы, связанные с ее загрязнением ок-сидами серы и азота, вызывают огромные изменения в экосистемах су-ши и водной среды. Именно они приводят к возникновению кислотных осадков, а с ними к деградации и гибели лесов, обезрыбливанию озер и т.п. Столь же незначительное изменение концентрации углекислого газа

в атмосфере ведет к усилению парникового эффекта.

3. Производимые в крупных экосистемах изменения относитель-но необратимы – проходя по иерархии экосистем снизу вверх, от места воздействия до биосферы в целом, они меняют глобальные процессы и тем самым переводят их на новый эволюционный уровень.

Например, изменения химического состава атмосферы, ее темпе-ратуры, влажности, освещенности и т.п. приводят к возникновению но-вых, более приспособленных к новым условиям экологических систем, т.е. направляют эволюцию биосферы. Причем эволюционировавшая экологическая система уже не может вернуться к прежнему состоянию, как и организм (вид, популяция) не может повторить полностью своих предков или вернуться от старости к рождению.

4. Любое местное преобразование природы вызывает в биосфере и в ее крупных подразделениях ответные реакции, приводящие к отно-сительной неизменности эколого-экономического потенциала, увеличе-ние которого возможно лишь путем значительного возрастания энер-гетических вложений.

Пока изменения среды слабы и произведены на относительно не-большой площади, они или ограничиваются конкретным местом, или “гаснут” в цепи иерархии экосистем. Но как только перемены достига-ют существенных величин для крупных экосистем, они приводят к зна-чительным сдвигам в этих обширных природных образованиях, а через них и во всей биосфере Земли.

Сдвигая динамическое равновесное состояние природных систем с помощью значительных вложений энергии (например, путем распаш-ки и других приемов) для увеличения получаемой полезной продукции (урожая) или создания благоприятного для жизни и деятельности чело-века состояния среды, люди нарушают соотношение энергетических компонентов, ведущее к снижению природно-ресурсного потенциала вплоть до опустынивания территории. Иногда возникают ситуации, ко-гда “чем больше пустынь мы превращаем в сады, тем больше садов мы превращаем в пустыни”. При этом в силу нелинейности процессов опустынивание по темпам значительно опережает создание “цветущих садов”.

В качестве примера грубого нарушения вещественно-энергетического равновесия в природных системах, подтверждающего действие закона внутреннего динамического равновесия и следствий, вытекающих из него, рассмотрим приаральскую экологическую катаст-рофу.

В погоне за мнимой “хлопковой независимостью” в 60-е годы ХХ столетия в республиках Средней Азии и на юге Казахстана насаждалась монокультура хлопка, и происходило безоглядное расширение масшта-бов ирригации. Вступали в строй новые водохранилища, магистральные каналы и оросительные системы в бассейнах рек Сырдарьи и Амударьи. Это привело к резкому сокращению речного стока, и Арал стал быстро

высыхать. К концу 80-х годов он потерял 2/3 объема и 50 % площади поверхности, уровень упал на 14 м, вода отступила от прежних берегов на десятки километров. Высохшее дно Аральского моря получило на-звание новой пустыни – Арал-кум. Около 30 тыс. км² покрылось солон-чаками и смесью соли с высохшим илом. Соленая пыль с примесью пес-тицидов рассеивается ветрами и становится одним из заметных загряз-нителей атмосферы. Произошло сильное обеднение фауны Приаралья: из 178 видов позвоночных животных осталось только 38. И, конечно, пострадало население, проживавшее на берегу моря. Оно потеряло мно-говековые источники продовольственных ресурсов и чистой пресной воды. Сильное загрязнение среды привело к чрезвычайно высокой забо-леваемости людей.

Глава 3. БИОСФЕРА

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 567 8 9 10 Следующая ⇒