Помехи в биогеоценозах

Все компоненты экосистем постоянно взаимодействуют друг с другом. Пищевые цепи связывают смежные уровни трофических пирамид. Одновременно это каналы передачи различной информации: энергетической, генетической, химической и т.д. Сбалансированность потоков вещества и энергии поддерживает равновесие в биогеоценозах. Здесь действует принцип регулирования за счет отрицательной обратной связи. Рассмотрим равновесие между числом травоядных и плодоядных животных:

Число оленей, обитающих на определённой территории, зависит от продуктивности автотрофов и в среднем остается постоянным. Если в какой-то год из-за повышения количества осадков прирост биомассы возрос, то и оленей станет больше. Это положительный сигнал для хищников. Их число также возрастает. Так как волков стало больше, поступает отрицательный обратный сигнал: избыток волков уничтожает избыток оленей. Система вернется к исходному состоянию. Жертвами становятся, в первую очередь, неопытные или ослабленные болезнью олени.

Подобное равновесие сохраняется, например, между числом насекомых и приростом биомассы растений. Любая популяция – это продукт длительного эволюционного развития, которое Дарвин назвал естественным отбором. Если в какой-то год количество осадков будет меньше среднего, то прирост биомассы автотрофов снизится, и олени будут недоедать. Ослабленный от голода организм оленя не выдержит погони и этот олень погибает. Оленей становится меньше. Пищи не хватит не только оленям, но и волкам. В этих условиях выживают наиболее здоровые особи. Это относится и к жертвам и к хищникам.

На биогеоценозы постоянно действуют естественные помехи (например, засуха). Так как выживают сильные, здоровые животные, то естественные помехи являются фактором эволюции. В случае засухи травоядные могут менять свою форму питания, например, перейти с травы на листья кустарника. Чем больше в экосистеме перекрещивающихся пищевых связей, тем устойчивее данная экосистема. Организмы, перенесшие естественные помехи, передают генетическую информацию о способах выживания последующим поколениям.

Любая экосистема подчиняется принципу Ле-Шателье: при воздействиях на систему в ней развиваются процессы, стремящиеся ослабить внешнее негативное влияние. Посчитано, что биосфера планеты в целом способна сохранять равновесие, т. е. подчиняться принципу Ле-Шателье, если изъятие биомассы не превысит 10 % от ее прироста. В настоящее время человечество потребляет около 1 % прироста биомассы.

Рис. 6. Гомеостатическое плато

Если количество осадков снижается на 50 %, то численность травоядных популяций снижается только на 25 %, т. е. в пищевых цепях идет затухание возмущающего воздействия. Антропогенные помехи, в отличие от естественных помех, носят не случайный характер. Например, выбросы оксидов серы в атмосферу нарушают процессы фотосинтеза, и погибает первичное звено трофических цепей, т. е. зеленые растения. Если в засуху погибают ослабленные животные, то после выбросов токсичных веществ погибает вся популяция. Растительные и животные организмы не успевают, да и не могут приспособиться к повышенной радиации в случае аварий на атомных электростанциях, к попаданию в биосферу ксенобиотиков при техногенных катастрофах. Особенно опасно антропогенное воздействие на автотрофы, в этом случае погибает вся трофическая пирамида.

Если на экосистему оказывается незначительное негативное воздействие, то за счёт внутренних процессов такая система сможет вернуться к равновесию. Однако часть связей внутри экосистемы нарушается. Та область, в пределах которой экологическая система способна сохранять равновесие, пусть и в измененном виде, называется гомеостатическим плато.

Естественный компенсаторный механизм поддерживает равновесие открытых природных систем. Однако в случае упрощенных антропогенных систем принцип Ле-Шателье не способен удерживать систему в равновесии. Например, как показала практика, при выращивании зерновых культур на целинных землях высокий урожай гарантирован только в первые 2-3 года. Если не вносить минеральных удобрений, то первоначальный запас питательных веществ в почве быстро расходуется и урожайность сельхозкультур резко падает.

Водные организмы для дыхания используют растворённый в воде кислород. При сбросе загрязнённых сточных вод в водоёмы поступают вредные вещества, для окисления которых также требуется растворенный в воде кислород. Заводские лаборатории обязательно определяют, какое количество кислорода необходимо для нейтрализации вредных веществ сточных вод. Если весь растворённый в воде кислород расходуется для обезвреживания вредных примесей сточных вод, то из-за нехватки кислорода для живых организмов в водном объекте протекают необратимые негативные процессы. Меняется, обедняется флора и фауна этого водоёма. Причина этих негативных изменений условий обитания гидробионтов – антропогенные помехи. Промышленные или сельскохозяйственные загрязнённые сточные воды всегда отрицательно влияют на природные водные объекты.

Воздействие промышленного производства
на окружающую среду

Из-за масштабного развития промышленности и сельского хозяйства человеческое общество поневоле всё в большей степени меняет нашу биосферу. Это влияние обусловлено следующими антропогенными процессами:

1 Добыча полезных ископаемых. Человек изымает из литосферы сырьевые материалы, техногенными отходами заполняет значительные территории около перерабатывающих предприятий, расширяет полигоны бытовых твёрдых отходов, изменяя состав верхних слоёв литосферы.

2 Загрязняя промышленными выбросами воздух, человечество меняет состав земной атмосферы.

3 Забирая воду на орошение, на промышленные нужды человечество меняет водный баланс планеты.

4 Сжигая природное топливо, человечество меняет энергетический баланс планеты.

Во многих странах используются практически все возобновляемые природные ресурсы – древесина, гидроэнергетика. Многие невозобновляемые природные ресурсы истощаются или уже полностью использованы.

По данным всемирной организации здравоохранения в настоящее время в практических целях используется до 500 тыс. химических соединений, из них около 40 тыс. соединений обладают вредными для человека свойствами, а 12 тыс. – токсичны, т.е. являются ядами. По сравнению с первобытным человеком, в организме современного жителя Земли содержание свинца больше в 17 раз, содержание ртути больше в 19 раз, теллура – в 110 раз, кадмия – в 76 раз.

Из-за несовершенства технологий многое сырье перерабатывается не полностью, большая его часть возвращается в природу в виде отходов. В среднем готовая продукция составляет всего 1-2 % от массы добываемого природного сырья. Все остальные 98-99 % - это отходы. Ежегодно в биосферу поступает до 30 млрд. тонн промышленных и бытовых отходов.

Рост населения планеты выдвигает на первое место проблему использования природных ресурсов.

Для изменения числа жителей на нашей планете в целом характерна кривая насыщения.

Выделяют пять этапов изменения биосферы под влиянием человека:

1) Воздействие человечества на биосферу как обычного биологического вида.

2) Сверхинтенсивная охота без изменения экосистем в период становления человечества.

3) Изменение экосистем в связи с развитием животноводства. Пастьба, усиление роста трав путем выжигания.

4) Интенсификация влияния на природу в период развития земледелия (распашка, вырубка лесов).

5) Глобальное изменение всех компонентов биосферы в целом в связи с масштабным развитием промышленности. Период начался примерно 300 лет назад.

Рост площади пустынь на нашей планете из-за антропогенного воздействия на природу составляет в среднем
40 га за 1 мин. Человечеством полностью истреблено около 400 видов животных. Под угрозой истребления порядка 1200 видов животных.