Рациональное использование видов

По вине человека происходит сокращение численности популяций многих видов, происходит и полное исчезновение видов. Одними из первых были уничтожены такие крупные животные, как мамонты, дикие туры. Тарпан, стеллерова корова, нелетающий голубь дронт, бескрылая гагарка, странствующий голубь и еще около 200 видов птиц и млекопитающих исчезли с лица Земли к 1900 году. И в настоящее время численность многих видов животных сокращается, сокращается численность и многих видов высших растений. Особую тревогу вызывает уничтожение тропических лесов, площадь которых сократилась на 40%, а тропический лес, «легкие планеты», является основным поставщиком кислорода в атмосферу. Исчезновение видов приводит к обеднению генофонда нашей планеты, а многие исчезнувшие и исчезающие виды могли бы быть полезными для будущего человечества.

Для сохранения редких и исчезающих видов их заносят в «Красные книги», содержащие списки и характеристики видов, которым угрожает исчезновение. Виды, занесенные в «Красную книгу» взяты под особую охрану. Первая «Красная книга МСОП» была издана в 1966 году Международным союзом по охране природы и природных ресурсов. В 1985 и 1988 годах были изданы «Красные книги РСФСР» (животные, затем растения), изданы «Красные книги» для многих республик и областей.

В национальных парках определены территории, открытые и закрытые для посетителей. На закрытых территориях находятся охраняемые ландшафты, зоны полного покоя животных, участки с редкими растениями.

Для сохранения редких видов, обитающих в небольшом количестве на ограниченных территориях, создаются заповедники — охраняемые территории, на которых полностью запрещена любая хозяйственная деятельность человека и все формы отдыха населения.

В государственных заказниках под охраной находятся определенные виды растений (в ботанических заказниках) или животных (в охотничьих). Землепользование здесь разрешено при условии выполнения установленных правил и норм.

Кроме того, охрану редких растений в зонах отдыха осуществляют, запрещая сбор отдельных лекарственных или красивоцветущих растений. Для сохранения численности популяций, достаточной для самовоспроизведения, устанавливаются сроки и правила охоты и рыбной ловли, с помощью лицензий контролируется количество отстреливаемых животных.

Для сохранения редких видов животных их разводят в специальных центрах размножения (Окский журавлиный питомник, Приокско-Террасный зубровый питомник). Для поддержания численности промыслово-ценных видов рыб на многочисленных рыбозаводах разводят мальков ценных пород рыб, которых затем выпускают в реки и озера.

Проводится контроль за загрязнением промышленными предприятиями атмосферы, почвы, воды. Различные химические вещества, попадая в воздух, почву и воду в количестве, большем, чем ПДК (предельно допустимые концентрации), вызывают отравления и различные заболевания растений, животных и человека. Ухудшение экологической обстановки напрямую влияет на состояние здоровья людей, увеличивается число больных, страдающих аллергией, бронхиальной астмой, раком. Установка пылеулавливающего и газоочистного оборудования, биологическая очистка промышленных вод в прудах-отстойниках помогают сохранить определенный уровень чистоты воды и воздуха, но кардинально эту проблему может решить только внедрение безотходных технологий с замкнутыми циклами воды и воздуха.

45.7. Экосистемы. Характеристика
экосистемы

Живые организмы в природе объединены в сообщества, приспособленные к определенным условиям существования. Такое сообщество взаимосвязанных живых организмов, называют биоценозом, а совокупность всех абиотических факторов, определяющих условия их существования называют биотопом или геоценозом. Биоценоз и геоценоз образуют биогеоценоз. Термин биогеоценоз в 1942 г. был предложен академиком В.Н.Сукачевым, под биогеоценозом понимают устойчивую, саморегулирующуюся систему, образованную живыми организмами, приспособленными к совместной жизни на определенной территории с более или менее однородными условиями существования.

Одновременно английским ботаником А.Тенсли был предложен термин экосистема. Под экосистемой он понимал и каплю воды с микроорганизмами, в ней обитающими, и аквариум, и природный водоем и планету Земля. Многие ученые ставят знак равенства между понятиями биогеоценоз и экосистема. Но многие не считают эти термины синонимами, понимая под биогеоценозом конкретное природное сообщество, а экосистема — понятие более размытое, «безразмерное». То есть любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема может считаться биогеоценозом.

Для существования любого биогеоценоза необходима энергия. Источником энергии для большинства биогеоценозов является солнечный свет, энергия которого используется фототрофными организмами для образования органических молекул. Некоторые экологические системы существуют в полной темноте (морское дно, куда не доходит солнечные свет, пещеры). Источником энергии для их существования будет попадающее в эту экосистему органическое вещество погибших или живых организмов. Кроме того, некоторые экосистемы существуют за счет хемотрофных организмов, способных образовывать органическое вещество, используя энергию окисления неорганических соединений.

Основу биоценоза составляют автотрофные организмы — продуценты (образователи) органического вещества (фототрофные или хемотрофные). Сообщество растений называют фитоценозом, животных — зооценозом. В процессе фотосинтеза происходит образование органического вещества, за счет которого питаются гетеротрофы. Гетеротрофные организмы делятся на две группы: консументы — потребители и редуценты — разрушители органического вещества. Консументы 1-го порядка — растительноядные, консументы 2-го порядка — плотоядные животные. Редуценты потребляют неживое органическое вещество, разлагая его до углекислого газа и минеральных веществ. Мелкие консументы, питающиеся неживыми органическими веществами — дождевые черви, жуки-мертвоеды, навозники и др., относятся к редуцентам.

Живые организмы биоценоза связаны в цепи питания. Простой пример пищевой цепи: растительность — насекомое, питающееся растительностью — хищное насекомое — насекомоядная птица — хищная птица. Но растительноядное насекомое питается на нескольких видах растений, хищное насекомое — многими видами насекомых, насекомоядная и хищная птицы — многими видами животных. Таким образом, цепи питания образуют пищевые сети, сети питания.

В любом биогеоценозе происходит круговорот веществ и осуществляется однонаправленный поток энергии. Продуценты извлекают из атмосферы углекислый газ, из почвы — воду и минеральные соли, и, используя энергию солнечного света, образуют органическое вещество. В дубраве, например, около 1% солнечной энергии преобразуется в химические связи образованного органического вещества. Затем химические элементы, входящие в состав органических молекул, движутся по цепям питания. В конце концов, при окислении органических веществ углекислый газ возвращается в атмосферу, непереваренные остатки пищи и погибшие организмы разлагаются с помощью редуцентов, которые завершают круговорот химических элементов (рис. 376).

Рис. 376. Упрощенная схема переноса веществ (сплошная линия) и энергии (пунктирная линия) в процессе биологического круговорота.

Солнечная энергия переходит в энергию химических связей образованного органического вещества растений, но при дыхании растений около 50% органического вещества окисляется, остальные 50% — прирост биомассы. Например, ежегодный прирост биомассы в дубраве составляет около 10 т/га, около 6 т — прирост надземных органов, 4 т приходится на прирост подземных органов.

Когда растительность поедается консументами, происходит окисление органического вещества растений и выделение энергии, часть которой выделяется в форме тепла, другая часть, от 5 до 20% запасается в образованном органическом веществе консументов 1-го порядка. На прирост биомассы консументов 2-го порядка пойдет также около 5 — 20% от съеденной пищи. Если для простоты взять на прирост биомассы 10% от съеденной пищи, то дельфин массой 50 кг съел 500 кг рыбы, которой понадобилось 5000 кг зоопланктона, а в основании этой экологической пирамиды будут находиться съеденные зоопланктоном 50000 кг фитопланктона. Это правило экологической пирамиды — биомасса каждого последующего уровня в пищевой цепи прогрессивно уменьшается — верно для большинства экосистем. Различают пирамиду чисел, когда сравнивается число осо-

Рис. 377. Упрощенная экологическая пирамида биомассы.

бей на каждом пищевом уровне, пирамиду биомассы — если сравнивается биомасса каждого уровня, пирамиду энергии — при сравнении количества энергии в пище каждого уровня (рис. 377).

Но, в конце — концов, происходит окисление всех образованных органических молекул, и вся энергия рассеивается в форме тепла. Так осуществляется однонаправленный поток энергии.

Для любого биогеоценоза характерна саморегуляция. Численность популяций любого вида в биогеоценозе подвергается изменениям, но эти изменения обычно закономерны и связаны или с сезонными изменениями абиотических факторов, или вызываются биотическими факторами. Если численность какого-либо вида начинает возрастать, возрастает численность хищников и паразитов, питающихся за его счет, а снижение численности приведет к снижению численности популяций тех видов, для которых он является основным пищевым ресурсом. Таким образом, численность популяций каждого вида за счет саморегуляции поддерживается на оптимальном для данных условий уровне. Причем, чем больше видов входит в состав биогеоценоза, тем сложнее сети питания, тем он устойчивее. Выпадение одного звена в такой экосистеме обычно не приводит к её гибели.

С другой стороны, введение в экосистему нового вида может привести к серьезным ее изменениям, особенно если у иммигранта не будет естественных врагов. Например, кролики, которые были завезены в Австралию, так размножились, что лишили корма овец и принесли фермерским хозяйствам огромные убытки. Отсутствие естественных врагов у колорадского жука снижает урожаи картофеля в Евразии. Массовое размножение завезенной из Америки в качестве живой изгороди опунции в Австралии резко повлияло на качество пастбищ, недаром австралийцы установили памятник кактусовой моли, с помощью гусениц которой удалось избавиться от нежелательного иммигранта.

45.8. Смена биогеоценозов. Искусственные
биогеоценозы

Несмотря на то, что биогеоценозы являются устойчивыми и саморегулирующимися системами, происходит постепенная смена менее устойчивых биогеоценозов на более устойчивые. Такую закономерную смену биогеоценозов называют сукцессией. Например, после пожара или вырубки елового леса происходит его самовосстановление через ряд менее устойчивых экосистем: сначала развивается сообщество светолюбивых травянистых растений, затем подрастают светолюбивые древесные породы, под их защитой появляются всходы ели и примерно через сто лет ели вытесняют светолюбивые породы деревьев. В результате сукцессий формируются климаксные растительные сообщества, сообщества растений, наиболее приспособленных для совместного произрастания в конкретных климатических зонах. С севера на юг формируются фитоценозы тундры, затем тайги с преобладанием хвойных пород, далее — смешанные и широколиственные леса; в условиях недостатка влаги доминируют степные сообщества растений; в наиболее благоприятных климатических зонах образуются субтропические и тропические растительные сообщества.

Искусственные биогеоценозы появились в результате хозяйственной деятельности человека. Сады, парки, посевы сельскохозяйственных растений называются агроценозами. Источником энергии для их существования является не только солнечный свет, но энергия вносимых органических удобрений, энергия трудовой деятельности человека, энергия сжигаемого горючего.

Существенным отличием агроценозов является то, что в агроценозах ослаблено действие естественного отбора, направляющим фактором является искусственный отбор, отбор в пользу наиболее продуктивных сортов растений.

Биоценоз отличается меньшим разнообразием видов, часто возделывается одна культура растений (монокультура) — пшеница, рожь, кукуруза. Саморегуляция, обеспечивающая устойчивость естественных биогеоценозов, в агроценозах проявляется очень слабо, так как видовое разнообразие консументов невелико, хищников и паразитов недостаточно для ограничения роста численности растительноядных животных. Поэтому человеку приходится самому регулировать численность многих консументов в агроценозе.

Круговорот веществ в искусственных биогеоценозах неполный, большая часть произведенного органического вещества забирается человеком. В результате происходит обеднение почвы, для того, чтобы восстановить ее плодородие, необходимо вносить удобрения.

Для получения необходимых продуктов питания созданы высокопродуктивные сорта растений, но они требуют высокой культуры земледелия. Без вмешательства человека агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, плодовых культур — 20 — 30 лет. Необходима правильная и своевременная обработки почвы — весенняя и осенняя вспашка, рыхление, дополнительный полив. Внесение удобрений должно быть дробным — в разные периоды вегетации растению требуются различные удобрения, вносить которые нужно строго по норме. Севооборот, использование лучших предшественников помогают в борьбе с сорняками и вредителями. Использование бобовых растений приводит к обогащению почвы азотом. Кроме того, создаются новые сорта, устойчивые к заболеваниям и приспособленные к различным климатическим зонам. Ведется большая работа по созданию новых препаратов для борьбы с насекомыми-вредителями (инсектициды), с грибами-паразитами (фунгициды), с сорняками (гербициды).