Естественное развитие систем: первичная и вторичная сукцессия

Над крупными городами атмосфера  содержит в 10 раз больше аэрозолей  и в 25 раз больше газов. При этом 60-70% газового загрязнения дает автомобильный  транспорт. Более активная конденсация  влаги приводит к увеличению осадков  на 5-10%. Самоочищению атмосферы препятствует снижение на 10-20% солнечной радиации и скорости ветра.

При малой подвижности  воздуха тепловые аномалии над городом  охватывают слои атмосферы в 250-400 м, а контрасты температуры могут  достигать 5-6°С. С ними связаны температурные  инверсии, приводящие к повышенному  загрязнению, туманам и смогу.

Города потребляют в 10 и  более раз больше воды в расчете  на 1 человека, чем сельские районы, а загрязнение водоемов достигает  катастрофических размеров. Объемы сточных  вод достигают 1м2 в сутки на одного человека. Поэтому практически все  крупные города испытывают дефицит  водных ресурсов и многие из них  получают воду из удаленных источников.

Водоносные горизонты  под городами сильно истощены в результате непрерывных откачек скважинами и колодцами, а кроме того загрязнены на значительную глубину.

Коренному преобразованию подвергается и почвенный покров городских  территорий. На больших площадях, под  магистралями и кварталами, он физически  уничтожается, а в зонах рекреаций - парки, скверы, дворы - сильно уничтожается, загрязняется бытовыми отходами, вредными веществами из атмосферы, обогащается  тяжелыми металлами, обнаженность почв способствует водной и ветровой эрозии.

Растительный покров городов  обычно практически полностью представлен  “культурными насаждениями” - парками, скверами, газонами, цветниками, аллеями. Структура антропогенных фитоценозов  не соответствует зональным и  региональным типам естественной растительности. Поэтому развитие зеленых насаждений городов протекает в искусственных  условиях, постоянно поддерживается человеком. Многолетние растения в  городах развиваются в условиях сильного угнетения.

Еще сравнительно недавно  загрязнение воздуха считалось  локальной проблемой крупных  городов и промышленных центров. Сейчас понятно, что атмосферные  загрязнители распространяются на огромные расстояния, причиняя ущерб окружающей среде далеко от источника выброса. Таким образом, борьба с ними стала  глобальной задачей, требующей международного сотрудничества. К важным загрязнителям  воздуха относятся антропогенные  газы: хлорфторуглероды (ХФУ), диоксид серы (SO2), углеводороды (УВ) и оксиды азота (N0). Одной из форм загрязнения можно считать вызванное человеком повышенное содержание в атмосфере ее жизненно важного природного компонента — диоксида углерода.

Загрязнители могут серьезно влиять на другие естественные составляющие атмосферы, в частности снижать  концентрацию озона (О3) в ее верхнем  слое. По иронии судьбы сам озон местами  загрязняет воздух на уровне земли. Он непосредственно поражает многие сельскохозяйственные культуры, вреден для нашего здоровья, а в сочетании с УВ и N0X образует так называемый фотохимический смог. Загрязнителями атмосферы в принципе являются также пыль, шум, лишнее тепло, радиоактивность и электромагнитные поля. Особую тревогу вызывает загрязнение  атмосферы сернистым газом, который  образуется входе переработки сернистых  соединений.

В результате дождь и снег оказываются подкисленными (величина рН ниже 5,6). Кислотные осадки приводят к гибели лесов, превращению озер, рек и прудов в безжизненные водоемы, что влечет за собой уничтожение  сообществ растений и животных. Кроме  того, они усугубляют тяжесть течения  заболеваний дыхательных путей  животных и человека.Попадание в верхние слои атмосферы оксидов азота и фреонов, широко применяемых в качестве аэрозольных распылителей и хладоагентов в холодильных установках, приводит к ослаблению озонового слоя, который не пропускает к поверхности Земли ультрафиолетовое излучение, губительное для всех живых организмов. В последние годы возникла необходимость принятия мер по защите озонового слоя, поскольку над Антарктидой в 1980 г. возникла «озоновая дыра». Подобные «озоновые дыры» в последние годы образуются над Сибирью, Западной и Центральной Европой, т.е. над теми территориями, где сосредоточены предприятия, производящие озоноразрушающие вещества. С целью предотвращения возникновения «озоновых дыр» в 1987 г. в г. Монреале (Канада) подписано Международное соглашение о резком снижении производства фреонов.

Выбросы в естественные водоемы  нефти и нефтепродуктов могут  резко замедлить обмен газами между атмосферой и гидросферой  и привести к гибели обитателей морей  и океанов.

Негативные последствия  влечет и научно необоснованное применение для подкормки культурных растений больших доз минеральных и  органических удобрений, в частности  нитратов. Интенсивное поступление  нитратов в растения приводит к тому, что они не полностью включаются в обменные процессы и накапливаются  в листьях, стеблях и корнях. Для  самих растений избыток нитратов особой опасности не представляет, но при попадании в организм теплокровных животных с пищей они превращаются в более токсичные соединения. Накопления последних в организме  человека вызывают тяжелые нарушения  обмена веществ, аллергию, нервные расстройства, а некоторые из них способны вызывать злокачественные новообразования

Радиоактивное загрязнение  среды. Аварии на атомных станциях и  безответственное отношение к отходам  атомной энергетики приводят к

повышенной радиоактивности воздуха, воды и почвы. Радиоактивные изотопы передаются по цепям питания и тем самым включаются в биологический круговорот веществ (рис. 8.2). Они накапливаются в почве, в тканях растений, животных и человека, вызывая увеличение количества онкологических заболеваний и мутаций. По данным Научного комитета ООН по воздействию атомной радиации, самыми распространенными заболеваниями человека в результате облучения являются рак молочной и щитовидной желез, легких, поражение семенников.

Биологическое загрязнение  среды. Под биологическим загрязнением понимают привнесение в экосистемы в результате хозяйственной деятельности человека нехарактерных для них  видов живых организмов (растений, животных, вирусов, бактерий и др.), ухудшающих условия существования биоценозов или негативно влияющих на здоровье человека.Основными источниками биологического загрязнения являются сточные воды практически всех видов промышленного производства, сельского хозяйства, коммунального хозяйства городов и поселков, бытовые и промышленные свалки, кладбища и др. Из этих источников разнообразные органические соединения и патогенные микроорганизмы попадают в почву и подземные воды. Особую опасность представляет биологическое загрязнение возбудителями инфекционных и паразитарных болезней, таких как чума, оспа, холера, дизентерия, клещевой энцефалит, СПИД и др., уничтожение которых представляет значительные трудности.

В последние годы возникла новая экологическая опасность  — потенциальная возможность  попадания из лабораторий или  заводов в окружающую природную  среду микроорганизмов и биологически активных веществ, оказывающих негативное воздействие на живые организмы  и их сообщества, здоровье человека и его генофонд, что связано  с бурным развитием биотехнологии  и генной инженерии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Первичная и вторичная экологические сукцессии.

Сукцессия (от лат. Successio — преемственность, наследование) — процесс саморазвития сообществ. В основе сукцессии лежит неполный биологический круговорот в данном сообществе. Каждый живой организм в результате жизнедеятельности меняет вокруг себя среду, изымая из нее часть веществ и насыщая ее продуктами метаболизма. При более или менее длительном существовании популяций они меняют свое окружение в неблагоприятную сторону и в результате оказываются вытесненными популяциями других видов, для которых вызванные преобразования среды оказываются экологически выгодными. В ходе сукцессии на основе конкурентных взаимодействий видов происходит постепенное формирование более устойчивых комбинаций, соответствующих конкретным абиотическим условиям среды.

Последовательный ряд  постепенно и закономерно сменяющих  друг друга в сукцессии сообществ  называется сукцессионной серией.

Сукцессии в природе имеют  различные масштабы. Иерархичность  в организации сообществ проявляется  и в иерархичности сукцессионных  процессов: более крупные преобразования экосистем складываются из более  мелких. Даже в стабильных экосистемах  с хорошо отрегулированным круговоротом веществ постоянно осуществляется множество локальных сукцессионных  смен, поддерживающих сложную внутреннюю структуру сообществ.

Выделяют два основных типа сукцессий: 1) с участием как  автотрофного, так и гетеротрофного населения; 2) с участием лишь гетеротрофов.

Сукцессии со сменой растительности могут быть первичными; они начинаются на лишенных жизни местах, и вторичными — восстановительными (рис. 8.7). В  настоящее время практически  вся доступная жизни поверхность  суши занята различными сообществами и поэтому возникновение свободных  от живых существ участков имеет  локальный характер.

Рис. 8.7. Вторичная сукцессия  сибирского темно-хвойного леса (пихтово-кедровой тайги) после опустошительного лесного пожара: числа в прямоугольниках — колебания в длительности прохождения фаз вторичной сукцессии (в скобках указан срок их окончания). Биомасса и биологическая продуктивность показаны в произвольном масштабе (кривые отражают качественную и количественную стороны процесса)

Сукцессии любого масштаба и ранга характеризуются целым  рядом общих закономерностей, многие из которых чрезвычайно важны для практической деятельности человека. В любой сукцессионной серии темпы происходящих изменений постепенно замедляются и заканчиваются формированием устойчивой стадии - климаксового сообщества. С энергетических позиций сукцессия — такое неустойчивое состояние сообщества, которое характеризуется неравенством двух показателей: обшей продуктивности и энергетических трат всей системы на поддержание обмена веществ.

В ходе сукцессии общая  биомасса сообщества сначала возрастает, но затем темпы этого прироста снижаются, и на стадии климакса биомасса системы стабилизируется.

При изъятии избытка чистой продукции из экосистем, находящихся  в начале сукцессионных рядов, уменьшается  только скорость сукцессии. Вмешательство  же в стабильные, климаксовые системы, с большой полнотой расходующие энергию на «свои» нужды, неминуемо вызывает нарушения сложившегося равновесия в этой экосистеме.

Пока нарушения не превышают  восстановительной способности  экосистемы (соблюдается принцип Ле Шателье), она может вернуться к исходному состоянию. Этим пользуются, например, при рациональном планировании рубок леса. Но если интенсивность воздействия выходит за рамки этих возможностей, то первоначально устойчивое, богатое видами сообщество постепенно деградирует, сменяясь другим.

Вырубка леса на локальных  участках с оставлением части  территории под коренными типами лесной растительности вызывает ускоренные сукцессии, исходные фитоценозы восстанавливаются  за относительно короткий срок — несколько  десятилетий.

Таким образом, сообщество не может одновременно сочетать два  противоположных свойства: быть высокостабильным и давать большой выход чистой продукции, которую можно было бы изымать без вреда для самого сообщества.

Экологические сукцессии 

Относительно длительное существование биоценоза на одном  месте (сосновый или еловый лес, низинное болото) изменяет биотоп (место, на котором  существует биоценоз) так, что он становится малопригодным для существования  одних видов, но пригодным для  внедрения или развития других. В  результате в данном биотопе постепенно развивается другой биоценоз, более  приспособленный к новым условиям среды. Такая многократная смена  одних биоценозов другими называется сукцессией.

Сукцессия (от лат. successio — преемственность, наследование) — это постепенная, необратимая, направленная смена одних биоценозов другими на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека.

Термин «сукцессия» впервые  употребил французский ботаник  Де Люк в 1806 г. для обозначения  смен растительности. Это один из ключевых терминов современной экологии.

Примерами сукцессий являются постепенное зарастание сыпучих  песков, каменистых россыпей, отмелей, заселение растительными и животными  организмами заброшенных сельскохозяйственных земель (пашни), залежей, вырубок и  др. Бывшие поля быстро покрываются  разнообразными однолетними растениями. Сюда же попадают семена древесных  пород: сосны, ели, березы, осины. Они  легко и на большие расстояния разносятся ветром и животными. В  слабозадерненной почве семена начинают прорастать. В наиболее благоприятном  положении оказываются светолюбивые мелколиственные породы (береза, осина).

Классический пример сукцессии  — зарастание озера или речной старицы и превращение ее сначала  в болото, а затем, через длительный промежуток времени, в лесной биоценоз. Вначале водная гладь мелеет, затягивается со всех сторон сплавиной, на дно опускаются отмершие части растений. Постепенно зеркало воды затягивается травой. Этот процесс будет длиться несколько  десятков лет, а затем на месте  озера или старицы образуется верховое торфяное болото. Еще позже  болото постепенно начнет зарастать  древесной растительностью, скорее всего сосной. По прошествии какого-то периода времени процессы торфообразования на месте бывшего водоема приведут к созданию избыточного увлажнения и к гибели леса. Наконец, появится новое болото, но уже отличное от того, что было прежде.

Вместе с изменением растительности меняется и животный мир территории, подверженной сукцессии. Для старицы  или озера типичны водные беспозвоночные, рыбы, водоплавающие птицы, земноводные, некоторые млекопитающие — ондатра, норки. Итог сукцессии — сфагновый  сосняк. Теперь здесь обитают другие птицы и млекопитающие — глухарь, куропатка, лось, медведь, заяц.