Реферат по экологии. Краткий курс общей экологии. Часть 2_Миркин, Наумова_БГПУ, 2011. Краткий курс общей экологии
 Скачать 1.28 Mb.
|
|
1. Какие сукцессии относятся к вторичным автогенным (вос- становительным)? 2. Охарактеризуйте восстановительную сукцессию расти- тельного сообщества на конкретном примере. 3. Приведите примеры изменения гетеротрофной биоты эко- системы в ходе восстановительной сукцессии. 4. Как протекают сукцессии деэвтрофикации водных экосистем? 14.3.6. Аллогенные сукцессии Аллогенные сукцессии вызываются факторами, внешними по отношению к экосистемам. Такие сукцессии чаще всего протека- ют в результате влияния человека, хотя возможны и природные аллогенные изменения. Сукцессии в речной пойме. В результате меандрирования реки, углубления базиса эрозии русла и отложения наилка уровень пой- мы повышается. Соответственно уменьшаются длительность зали- вания и количество наилка, который отлагается в период паводка. В результате этого в экосистемах пойм умеренной полосы после- довательно сменяют друг друга сообщества ивняков, тополевников, вязовых и липово-дубовых лесов и полностью меняется состав тра- вянистых видов (рис. 32). Меняется и состав гетеротрофной биоты, так как разные растительные сообщества предоставляют им соот- ветствующую кормовую базу. Кроме того, состав растительного сообщества отражает длительность затопления в период паводка, что во многом предопределяет возможность выживания разных ви- дов насекомых, почвенной фауны и т.д. Пастбищная дигрессия. Наиболее распространенным приме- ром аллогенной сукцессии является пастбищная дигрессия – изме- нение экосистем злаковников (лугов и степей) под влиянием выпа- са. При высоких пастбищных нагрузках снижается видовое богат- ство, биологическая продукция, биомасса и происходят изменения состава растительного сообщества и сопровождающей его ivagant.ru 89 Рис. 32. Сукцессия в экосистеме речной поймы (А–Б – профиль, проложенный через сегмент речной поймы; П – отложения песка; И, Т, В, Л, О – первые буквы названий растений-доминантов) фауны: на смену высоким и хорошо поедаемым растениям прихо- дят низкорослые и плохо поедаемые (последние могут быть и вы- сокорослыми, как, например, виды чертополоха – род Carduus ). В степных экосистемах различаются стадии пастбищной дигрессии: ковыльная, типчаковая, полынковая с господством Artemisia aus- triaca . На заключительных стадиях такой сукцессии происходит ру- дерализация, и массово развиваются однолетники, использующие для быстрого роста перерывы между циклами стравливания и ус- ловия ослабленной конкуренции с многолетниками, которые угне- тены выпасом. В ходе сукцессии резко снижается проективное по- крытие травостоя и его видовое богатство. В табл. 25 приведены основные виды растений, характерные для трех стадий пастбищной дигрессии луговых и степных сооб- ществ в средней полосе европейской части России. Под влиянием пастбищной дигрессии в 3-5 раз снижается первичная биологиче- ская продукция и в 2-3 раза – видовое богатство сообществ. ivagant.ru 90 Таблица 25 Изменение состава преобладающих видов, видового богатства (число видов на 100 м 2 ) и урожайности (в сухом веществе) под влиянием пастбищной дигрессии на лугах и в степях Интенсивность выпаса Тип рас- титель- ности Слабый Умеренный Сильный Луг Крупные злаки ( Festuca pratensis, Bromopsis inermis, Dactylis glomerata ), бобо- вые, разнотравье; 40-60 видов; 40- 20 ц/га Poa angustifolia, виды рода Al- chemilla, Tarax- acum officinalis, Trifolium repens ; 20-40 видов; 20-5 ц/га Polygonum avicu- lare, Potentilla an- serina, виды рода Carduus ; 10-20 видов; менее 5 ц/га Степи Stipa pennata , бо- бовые, разнотра- вье; 80-100 видов; 20-10 ц/га Festuca valesiaca, Stipa capillata, Fragaria viridis ; 60-80 видов; 10-3 ц/га Artemisia austriaca, Polygonum aviculare, Ceratocarpus arenarius ; 20-40 видов; менее 3 ц/га Эвтрофикация водоемов. Чрезвычайно распространенным и нежелательным процессом изменения водных экосистем сегодня является их эвтрофикация – изменение в результате поступления большого количества элементов минерального питания, в первую очередь фосфора. Основной причиной эвтрофикации является смыв удобрений с полей, а также стоки животноводческих ферм. В ходе сукцессии первыми гибнут диатомовые водоросли, вслед за ними – зеленые водоросли, которые вытесняются циано- бактериями. Некоторые штаммы цианобактерий выделяют в воду токсичные вещества, которые вызывают гибель многих организ- мов. При опускании на дно они разлагаются редуцентами, что требует большого количества кислорода. В итоге в таком обед- ivagant.ru 91 ненном кислородом водоеме гибнет большинство видов рыб и макрофитов (в первую очередь таких требовательных к чистой воде, как сальвиния, водокрас лягушечий, горец земноводный). В то же время роголистник, рогоз широколистный и ряски могут выдерживать достаточно высокий уровень загрязнения и сохра- няться в такой эвтрофицированной экосистеме. Вокруг эвтрофи- цированного водоема ощущается дурной запах, в мелководье скапливается бурая пена, содержащая погибший планктон. Если количество стоков ограничено или они уже прекраще- ны, водная экосистема сама может справиться с загрязнением – произойдет процесс деэвтрофикации, описанный в предыдущем разделе. Успешно противостоять эвтрофикации могут макрофи- ты, активно усваивающие элементы минерального питания. Од- нако самоочистительная способность водных экосистем ограни- чена, и потому если стоки поступают длительное время и в боль- шом количестве – происходит подрыв экосистем. От эвтрофицикации следует отличать отравление водных эко- систем промышленными и бытовыми стоками, которые содержат токсичные вещества, например тяжелые металлы. Если поступле- ние токсикантов ограничено, то экосистема может справиться и с ними: ядовитые вещества попадут в организмы ее обитателей, а по- сле их смерти будут захоронены в сапропеле на дне. На дне водо- емов Куйбышевского, Волгоградского и других водохранилищ на- копился многометровый слой токсичных осадков, образующихся в процессе самоочищения. Если поступит значительное количество токсичных веществ и тем более если они будут поступать регуляр- но, водная экосистема восстановиться не сможет. Рекреационные сукцессии. Изменения растительности под влиянием отдыхающих особенно широко распространены в лесо- парках и пригородных лесах. Влияние отдыхающих на лес разно- образно: они вытаптывают растения напочвенного покрова, уп- лотняют почву и, кроме того, уничтожают красивоцветущие рас- тения (особенно страдают от сбора весенние эфемероиды – вет- реница, пролеска, хохлатка и др.). При этом разрушается лесная подстилка, наличие которой является важным условием жизни лесного сообщества: в подстилке и непосредственно под ней рас- положены корни большинства травяных растений. ivagant.ru 92 При рекреационном воздействии меняется в первую очередь напочвенный покров леса. Так, в широколиственных лесах на смену типичным лесным травам, таким, как копытень, купена, вороний глаз и др. (сныть выдерживает вытаптывание и сохраня- ется), приходят луговые – ежа сборная, овсяница луговая, герань луговая и др. При сильном рекреационном влиянии напочвенный покров начинает напоминать луговое пастбище с преобладанием низкотравья, в первую очередь подорожника, одуванчика, мятли- ка однолетнего. Исчезают возобновление деревьев и виды под- леска, а затем вследствие уплотнения почвы угнетаются деревья – вначале снижаются их приросты, а затем древостой начинает усыхать, и появляются деревья с сухими вершинами. Обедняется фауна, в первую очередь птиц. В табл. 26 показаны изменения леса в ходе рекреационной сукцессии. Таблица 26 Изменение лесного сообщества в ходе рекреационной сукцессии Стадии сукцессии Признак I II III Влияние рек- реации Слабое Среднее Сильное Подстилка Сохраняется хорошо Частично нарушена Исчезла Древостой В хорошем состоянии Снижаются приросты Начинает усыхать Возобновление Представлено Отсутствует Отсутствует Подлесок Хорошо раз- вит Изрежен Отсутствует Напочвенный покров Типичный для леса Исчезают теневынос- ливые ви- ды, появ- ляются лу- говые травы Представлен луго- выми травами, приспособленными к интенсивному вытаптыванию, и рудеральными ви- дами ivagant.ru 93 Радиационная сукцессия. Влияние радиации на состав экоси- стем было изучено Р. Уиттекером и Г. Вудвелом на радиацион- ном полигоне о. Лонг (США). При повышении дозы радиации (использовался источник гамма-излучения) происходила сукцес- сия, которая была как бы зеркальным отражением сукцессии за- растания скал, описанной Ф. Клементсом: вначале гибли деревья, потом кустарники, травы, мхи и при самых высоких дозах радиа- ции сохранялись только почвенные водоросли. В районе Черно- быля после аварии сукцессия прошла первую стадию – в лесах, расположенных вблизи АЭС, усох древостой. Однако спустя не- сколько лет лес начал интенсивно восстанавливаться. Как правило, аллогенные сукцессии сопровождаются снижени- ем продуктивности и биоразнообразия, хотя на первых стадиях сукцессии эти параметры могут возрастать. Травяные сообщества при умеренном выпасе, леса при некотором влиянии отдыхающих или водные экосистемы при легкой эвтрофикации имеют более бо- гатый видовой состав, чем те же сообщества, не испытывающие внешних влияний (гипотеза влияния умеренных нарушений). Изменения под влиянием внесения удобрений. При удобрении естественных лугов возрастает их продукция в 2 и более раза, но снижается видовое богатство в 2-2,5 раза. Причиной этой сукцес- сии является обострение конкуренции в связи с повышением уров- ня обеспечения ресурсами. Усиливают свою роль эвтрофные ши- роколистные злаки (ежа сборная, коротконожка перистая, тимофе- евка луговая) и вытесняют виды, менее требовательные к почвен- ному плодородию, реализованные экологические ниши которых не включают богатые почвы (см. 7.4). Удобрение лугов нанесло боль- шой ущерб видовому богатству центральноевропейских горных лугов на бедных почвах. Подобным образом снижение видового богатства может сопровождаться возрастанием биологической продукции и при эвтрофикации водоемов. В настоящее время предпринимаются попытки восстановить биологическое разнообразие горных лугов запретом на внесение минеральных удобрений. Однако процесс восстановления сдер- живается ограниченностью естественных источников семян. ivagant.ru 94 Контрольные вопросы 1. Расскажите об изменениях экосистем под влиянием интен- сивного выпаса. 2. Какие изменения происходят в водных экоситемах при эв- трофикации? 3. Как влияют на экосистемы высокие дозы радиации? 14.4. Эволюция экосистем Отличие эволюции экосистем от сукцессий заключается в том, что в ходе эволюции появляются новые комбинации видов и вырабатываются новые механизмы их сосуществования. 14.4.1. Природная эволюция экосистем Эволюция экосистем – это сложный процесс, в котором уча- ствуют две главных составляющих: эволюция видов одного тро- фического уровня и эволюция отношений между видами разных трофических уровней. Итогом природной эволюции является разнообразие экосистем, которое было рассмотрено в гл. 13. Эволюция организмов одного трофического уровня. Для ор- ганизмов одного трофического уровня важны два механизма эво- люции – диверсификация и унификация (см. 7.3). В первом слу- чае усиливается несходство видов, т.е. происходит эволюция «от», что позволяет видам занимать разные экологические ниши и устойчиво сосуществовать в сообществе. Разделение экологи- ческих ниш смягчает конкуренцию и может дополняться уже рассмотренными механизмами взаимного (как в семейных груп- пах животных) или одностороннего благоприятствования (как у растений-«нянь» и их подопечных). Во втором случае происходит эволюция «к», т. е. унификация экологических характеристик видов. Обладающие равными кон- курентными способностями виды могут сосуществовать в одном сообществе (проявляется модель нейтральности), что облегчается влиянием хищников и паразитов, которые ослабляют конкури- рующие особи. Кроме того, такие виды могут занимать одну и ту же нишу в разных местах сообщества (микросайтах) или пооче- редно в одном микросайте. Соотношение диверсификации и унификации, видимо, различается в разных группах организмов. ivagant.ru 95 Эволюция отношений видов разных трофических уровней. У взаимодействующих организмов разных трофических уровней в ходе эволюции может формироваться широчайшая гамма коадап- таций: от различных форм мутуализма (облигатного или прото- кооперации), аменсализма, комменсализма до приспособлений, смягчающих антагонистические отношения (между растениями и фитофагами, хищниками и жертвами, хозяевами и паразитами). Коадаптации отношений «растение – фитофаг» и «хищник – жертва» часто имеют диффузный (коллективный) характер): при- спосабливаются друг к другу не отдельные виды (вид А – вид Б), а целые гильдии («команды»). Например, в саванне приспосабли- ваются друг к другу «команды» трав и травоядных, древесных растений и веткоядных. Разумеется, приспособление в этом слу- чае означает не взаимопомощь, а снижение интенсивности анта- гонистических отношений. Вследствие диффузной коадаптации, в основе «триплетов» из организмов трех трофических уровней («растение – фитофаг – зоофаг», «фитофаг – хищник первого порядка – хищник второго порядка», «хищник первого порядка – хищник второго порядка – паразит») лежат не пищевые цепи, а пищевые сети, в которых ви- ды могут замещать друг друга. В этом проявляется уже упомяну- тый принцип: количество функциональных ролей в экосистеме много меньше, чем число их потенциальных исполнителей. Таким образом, сеткообразность процесса эволюции экоси- стем не исключает возможности возникновения прочных и одно- значных связей, в первую очередь в парах «хозяин – паразит» или при мутуалистических отношениях. Контрольные вопросы 1. Какую роль в эволюции экосистем играет диверсификация видов? 2. Расскажите о роли унификации видов для их сосущество- вания. 3. Что такое диффузная коадаптация? ivagant.ru 96 14.4.2. Антропогенная эволюция экосистем Природная эволюция экосистем протекает в масштабе тыся- челетий, в настоящее время она подавлена антропогенной эволю- цией, связанной с деятельностью человека. Биологическое время антропогенной эволюции имеет масштаб десятилетий и столетий. Антропогенная эволюция экосистем разделяется на два больших класса (по типу процессов): целенаправленная и сти- хийная. В первом случае человек формирует новые типы искус- ственных экосистем. Результатом этой эволюции являются агро- экосистемы, садово-парковые ансамбли, морские огороды бурых водорослей, фермы устриц и т.д. Однако к «плановой» эволюции всегда добавляются «неплановые» процессы: происходит внедре- ние спонтанных видов, например, сорных видов растений и насе- комых-фитофагов в агроценозы, расселение случайно занесенных видов и натурализация интродуцированных сельскохозяйствен- ных растений. Человек стремится подавить такие «неплановые» процессы, но часто это оказывается практически невозможно. Стихийная антропогенная эволюция экосистем играет бόльшую роль, чем целенаправленная. Она более разнообразна и, как правило, имеет регрессивный характер: ведет к снижению биологического разнообразия, а иногда и продуктивности. Антропогенная гомогенизация биосферы. Основу этого вари- анта эволюции составляет появление в экосистемах видов, не- преднамеренно (реже преднамеренно) занесенных человеком из других районов. Масштаб процесса столь велик, что принял ха- рактер «великого переселения» и «гомогенизации» биосферы под влиянием человека. Заносные виды называются адвентивными, а процесс внедрения (инвазии) адвентивных видов в экосистемы – адвентизацией. Расселению адвентивных видов способствует антропогенное нарушение экосистем и отсутствие видов-антагонистов, которые могут контролировать плотность популяций видов-пришельцев. Отсутствие антагонистов (фитофагов) способствовало расселе- нию североамериканской опунции в Австралии и амазонского водного гиацинта в Африке и Азии. Ярким примером антропогенной гомогенизации биосферы является так называемая «африканизация» американских саванн. ivagant.ru 97 Вместе с черными рабами с сеном, на котором в трюмах спали негры, из Африки были завезены семена многих видов африкан- ских злаков. Значительная часть занесенных растений успешно прижилась в саваннах ( Hypperhenia ruta, Panicum maximum, Brachiaria mutica и др.). Этому помогли и завезенные из Европы коровы, которые в отличие от местного мелкого скота индейцев были мало подвижны и сильно вытаптывали растительность, на- рушая ее покров у водопоев, что облегчало приживание расте- ний-африканцев. Итог этого переселения был поразительным: по сей день деревья и кустарники в этих саваннах – американцы, а большинство видов трав – выходцы из Африки. «Экологические взрывы» вызывает занос видов, которые ока- зываются ключевыми. Однако чаще такие «взрывы» вовсе не происходят, так как адвентивный вид вообще не вытесняет або- ригенные виды из сообщества или если вытесняет, то берет на себя выполнение функциональной роли вытесненного вида. Так, в широколиственных лесах Канады без ущерба для местной фло- ры прижилось более десятка европейских видов растений, в том числе подорожник, одуванчик, валериана, лопух, мать-и-мачеха и др. Аналогична ситуация с животными. Напугавшая экологов дальневосточная рыба ротан (головешка), которая поедает мо- лодь и икру всех видов рыб, в большинстве экосистем оказалась под контролем щуки, и потому существенного вреда не наносит. Усиление местных синантропных видов. В процессе антропо- генной эволюции могут усиливаться некоторые синантропные виды местной флоры и фауны, которые оказались преадаптиро- ванными к режиму возрастающих антропогенных нагрузок. В прошлом они были связаны с местами локальных естественных нарушений – горных селей, пороев, вытаптываемых участков экосистем у водопоев, лежбищ крупных фитофагов, таких как зубры или бизоны, и т.д. Яркий пример такой эволюции – фор- мирование экосистем с господством бородача на северном Кавка- зе. До поры до времени этот злак занимал локальные местооби- тания на галечнике вдоль рек, однако после резкого возрастания влияния человека в силу преадаптации к режиму нарушений он быстро расселился на огромных площадях. Последствия антропогенной эволюции. Результатами антро- погенной эволюции экосистем, кроме того, являются: ivagant.ru 98 – уничтожение видов или снижение их генетического разно- образия за счет гибели части экотипов (число страниц в Красных книгах во всех странах год от года увеличивается); – смещение границ природных зон – развитие процесса опус- тынивания в степной зоне, вытеснение травяной растительностью лесов у южной границы их распространения; – возникновение новых экосистем, устойчивых к влиянию человека (например, экосистем сбитых пастбищ с обедненным видовым богатством); – формирование новых сообществ на антропогенных суб- стратах при их естественном зарастании или рекультивации. Однако основу антропогенной эволюции экосистем сегодня, безусловно, составляет процесс расселения заносных видов. Контрольные вопросы |