Естествознание и основы экологии - Евгений Страут

Таким образом, в биоценозе леса прослеживается круговорот веществ и энергии.

Водный биоценоз. Структуры водных и наземных сообществ аналогичны. Распространение организмов здесь также зависит от температуры и солнечного света. Недостатка в воде нет, однако недостаток некоторых минеральных веществ ограничивает обилие живых организмов.

В открытой части водоема различают две зоны жизни.

1. В верхних слоях воды обитают мелкие организмы, составляющие планктон, преимущественно бактерии, простейшие, одноклеточные водоросли, мелкие ракообразные – дафнии, циклопы и т. д. Все они взвешены в воде, как бы «парят».

Растительный планктон служит пищей для мелких планктонных животных, которыми, в свою очередь, питаются крупные, активно плавающие животные.

2. На дне водоемов обитают организмы, образующие бентос: моллюски (устрицы, гребешки), ракообразные (омары, раки, крабы), кишечнополостные и т. д. В бентосе преобладают животные и бактерии-редуценты, лишь на малых глубинах можно встретить растения, в основном это бурые и красные водоросли. Недостаток кислорода, высокое давление воды, отсутствие света затрудняют существование высших растений.

Главным источником энергии являются мертвые растения и животные, опускающиеся на дно. Организмы-редуценты, беспозвоночные и глубоководные рыбы питаются этими остатками.

Наиболее благоприятные условия существуют в прибрежной зоне, где вода теплее, достаточно насыщена кислородом, лучше освещена. Здесь обитают многочисленные животные: членистоногие, моллюски, черви, одноклеточные, рыбы. В пресных водоемах, например, обитают перловицы, беззубки, раки, личинки стрекоз, ручейников, жук-плавунец, водяные клопы, пиявки, многочисленные рыбы. Особенно богаты жизнью коралловые рифы тропических морей. Здесь достаточно высоки температура и освещенность, которые способствуют быстрому росту растений. Изобилие растений создает условия для существования животных.

Цепи питания в водных экосистемах аналогичны наземным биоценозам (рис. 103).

Рис. 103. Сравнение общей структуры наземного и водного биоценозов: I – растения, производящие органическое вещество: а – высшие растения; б – водоросли; II – животные – потребители органического вещества: а – растительноядные; б – плотоядные; в – питающиеся смешанной пищей; III – микроорганизмы – разрушители органического вещества

Но здесь большую часть первичной продукции, органического вещества, производят не высшие растения, а низшие – водоросли. Кроме того, недостаток минеральных веществ сказывается на росте растений и величине первичной продукции. В водных биоценозах она значительно ниже по сравнению с наземными.

Продуктивность океана в 3 раза ниже, чем суши, а биомасса водорослей в 10 000 раз меньше, чем биомасса наземных растений. Низкая продуктивность естественных водоемов связана не только с недостатком минеральных веществ, но и с повышенной кислотностью, соленостью воды.

§ 75. Искусственные экосистемы. Агроценоз

Агроценоз – это искусственно созданные и поддерживаемые человеком экосистемы (поля, сенокосы, парки, сады, огороды, лесные посадки).

Агроценозы создают для получения сельскохозяйственной продукции. Они обладают плохими динамическими качествами, малой экологической надежностью, но характеризуются высокой урожайностью. Занимая около 10 % площади суши, агроценозы производят 2,5 млрд т сельскохозяйственной продукции.

Как правило, в агроценозе культивируют один-два вида растений, поэтому взаимосвязи организмов не могут обеспечить устойчивости такого сообщества. Действие естественного отбора ослаблено человеком. Искусственный отбор действует в направлении сохранения организмов с максимальной продуктивностью. Численность популяции в агроценозе поддерживается и контролируется человеком через борьбу с сорняками и вредителями, орошение, смену культур, повышение плодородия почвы. Кроме солнечной энергии в агроценоз поступают вода и удобрения (минеральные и органические), вносимые человеком. Основная часть питательных веществ постоянно выносится из круговорота с урожаем. Таким образом, круговорот веществ прерывается.

В агроценозе, как и в любом биоценозе, складываются пищевые цепи. Обязательным звеном в этих цепях является человек, причем здесь он выступает как консумент I порядка, и на нем пищевая цепь прерывается. Агроценозы очень неустойчивы и без участия человека существуют от 1 года (зерновые, овощные) до 20–25 лет (плодово-ягодные).

Человек постоянно заботится о повышении продуктивности агроценозов, сохранении плодородия земель, охране культур от неблагоприятных воздействий.

Один из путей повышения продуктивности агроценозов – мелиорация почв. Она оказывает долговременное воздействие на почву, создает благоприятные условия для роста растений, улучшает водный режим и т. д. Мелиорация включает в себя очистку земель от камней, мусора, вспашку, известкование кислых почв, внесение удобрений, борьбу с эрозией, осушение переувлажненных почв, постройку оросительных систем, природоохранные мероприятия.

§ 76. Эволюция экосистем

Биогеоценозы формируются в течение длительного времени. При этом происходит приспособление организмов к среде обитания и друг к другу. Живые организмы в процессе жизнедеятельности изменяют среду обитания, одни виды вытесняют постепенно другие. Все экосистемы эволюционируют во времени.

Последовательная смена экосистем под влиянием процессов, протекающих внутри сообщества при взаимодействии с окружающей средой, называется экологическими сукцессиями.

Первичная сукцессия. Данная сукцессия начинается с освоения бесплодной среды, которая до этого не была обитаема. Это может быть разрушенная горная порода, скала, песчаный пляж. Здесь велика роль «первых поселенцев»: бактерий, лишайников, водорослей. Выделяя продукты своей жизнедеятельности, они изменяют материнскую породу, разрушают ее и способствуют почвообразованию. Отмирая, первичные живые организмы обогащают поверхностный слой органическими веществами, что позволяет поселиться мхам. Мхи по мере роста и развития продолжают процесс образования почвы. Формируется примитивное сообщество, способное существовать в неблагоприятных условиях. Оно постепенно создает условия, обеспечивающие все большее разнообразие организмов. Сообщество растений и животных усложняется, пока не достигает определенного равновесия со средой.

Сообщество, достигшее равновесия со средой, называют климаксовым.

Оно поддерживает свою стабильность до тех пор, пока не нарушается равновесие.

Примером первичной сукцессии может служить морской пляж. Прибрежная часть представляет собой песок с сильно разреженным травянистым покровом и некоторыми беспозвоночными. По мере удаления от берега появляются кустарники, далее одинокие деревья и, наконец, лес. Лес – это уже, как правило, устойчивый биоценоз – климаксовое сообщество (рис. 104).

Рис. 104. Первичная сукцессия

Вторичная сукцессия. Данная сукцессия возникает и развивается на месте имевшегося ранее сформированного сообщества. Например, на месте сгоревшего леса или заброшенного поля.

На пожарище поселяются светолюбивые растения. Под их пологом начинают развиваться теневыносливые виды. Появление растительности улучшает состояние почвы, на которой поселяются уже другие виды, вытесняя первых поселенцев. В зависимости от почвы вторичная сукцессия может идти быстро или медленно, пока наконец не образуется климаксовое сообщество.

Озеро при нарушении в нем экологического равновесия может превратиться в луг, а затем и в лес, характерный для данной климатической зоны. Климаксовое сообщество зависит от климатических условий и типа почвы.

Значение сукцессий. С изменениями климата на Земле сообщества эволюционировали, прогрессировали, развивались, разрушались, исчезали и вновь появлялись. На протяжении тысячелетий растительный покров Земли менялся. Сукцессия приводит к последовательному усложнению сообщества. Оголенная почва может обеспечить лишь сравнительно малое число мест обитания. В лесу их значительно больше. Каждое дерево служит местом обитания для живых организмов. Они расселяются, занимая каждый различные этажи: на верхушках деревьев, под корой, под корнями и т. д. В процессе экологической сукцессии возрастает возможность специализации живых организмов, а следовательно, и видовое многообразие. Кроме того, по мере развития увеличивается продуктивность экосистемы, усиливаются стабилизирующие механизмы, возрастают устойчивость и саморегуляция. Сообщество усложняется, его пищевые сети становятся все более разветвленными, все полнее используются ресурсы среды. Зрелое сообщество наилучшим образом приспособлено к условиям среды, популяции большинства видов в нем стабильны и хорошо воспроизводятся.