Биологическое разнообразие планеты включает генетическое внутривидовое, видовое и разнообразие экосистем. Генетическое разнообразие обусловлено разнообразием признаков и свойств у особей одного вида, примером может служить множество сортов травянистого колокольчика – более 300 видов и подвидов дятла - около 210 (рис.1).

Рис.1 Генетическое разнообразие колокольчика и дятла

Видовое разнообразие заключается в многообразии видов животных, растений, грибов, лишайников и бактерий. По результатам исследований биологов, опубликованных в журнале PLoS Biology на 2011 год, число описанных живых организмов на планете составляет примерно 1,7 млн., а общее число видов оценивается приблизительно в 8,7 млн. При этом отмечается, что ещё предстоит открыть 86 % обитателей суши и 91 % обитателей океана. По оценке биологов для полного описания неизвестных видов потребуется как минимум 480 лет усиленных из(с)следований. Таким образом, общее количество видов на планете ещё долго будет неизвестно. Биологическое разнообразие экосистем зависит от природных и климатических условий, экосистемы выделяются по структуре и функциям, по масштабу от микробиогеоценоза до биосферы (рис.2).

Рис.2 Биологическое разнообразие природных наземных и водных экосистем

Биологическое разнообразие является главным природным ресурсом планеты, который обеспечивает возможность устойчивого развития и имеет важное экологическое, социальное, эстетическое и экономическое значение. Нашу планету можно представить как сложный многоклеточный организм, который посредством биологического разнообразия поддерживает самоорганизацию биосферы, которая выражается в её восстановлении, устойчивости к отрицательным природным и антропогенным воздействиям. Биологическое разнообразие позволяет регулировать водные потоки, контролировать процесс эрозии, формировать почвы, выполняет климатообразующие функции и многое другое.

Генетическое внутривидовое, видовое и разнообразие экосистем взаимосвязаны между собой. Генетическое разнообразие обеспечивает видовое разнообразие, разнообразие природных экосистем и ландшафтов создаёт условия для образования новых видов, а повышение видового разнообразия увеличивает общий генофонд биосферы планеты. Поэтому, каждый определённый вид вносит свой вклад в биологическое разнообразие и не может быть без(с)полезным или вредным. Каждый отдельно взятый вид выполнят определённые функции в любой экологической системе, а выпадение какого-либо животного или растения приводит к нарушению баланса в экосистеме. И чем больше вымирает видов по не естественной причине, тем больше нарушение баланса. В подтверждение этому можно привести слова отечественного учёного Николая Викторовича Левашова, о том, что «…экологическая система есть ни что иное, как баланс между всеми формами и типами живых организмов и их средой обитания…» . С этими словами нельзя не согласиться.

Распределение видов по поверхности планеты неравномерно, а их биологическое разнообразие в естественных экосистемах наибольшее в дождевых тропических лесах, занимающие 7 % поверхности планеты и содержащие до 70-80 % всех известных науке животных и растений. Это неудивительно, так как в тропических лесах произрастают множество растений, что обеспечивает огромное количество экологических ниш и, как следствие, высокое видовое разнообразие. На начальных этапах формирования экологической системы планеты и до сегодняшнего дня происходил и происходит естественный процесс возникновения и исчезновения видов. Вымирание одних видов компенсировалось появлением новых видов. Этот процесс осуществлялся без вмешательства человека очень долгое время. Этот факт подтверждается тем, что в разные геологические эпохи происходил процесс вымирания и появления видов, о чём мы можем судить по найденным окаменелостям, отпечаткам и следам жизнедеятельности (рис.3).

Рис.3 Окаменелости аммонитов и раковин двустворчатых моллюсков, которые обитали на планете примерно 150 млн. лет назад, в юрском периоде

Однако в настоящее время под воздействием человеческих факторов происходит сокращение биологического разнообразия. Особенно это стало заметно в ХХ столетии, когда под влиянием человеческой деятельности скорость вымирания видов превысила естественную, что привело к разрушению генетического потенциала биосферы нашей планеты. Основными причинами сокращения биоразнообразия планеты можно считать охоту и промысел, лесные пожары (до 90 % пожаров случается по вине человека), уничтожение и изменение местообитаний (строительство дорог, линий электропередач, без(с)порядочное строительство жилых комплексов, вырубка леса и др.), загрязнение химическими веществами компонентов природы, внедрение чужеродных видов в несвойственные экосистемы, избирательное использование природных ресурсов, внедрение ГМО-культур в сельское хозяйство (при опыление насекомыми происходит распространение генетически изменённых растений, что приводит к вытеснению естественных видов растений из экосистемы) и многие другие причины. В подтверждение вышеперечисленных причин можно привести некоторые факты нарушений природных экосистем, которых, к сожалению, огромное число. Так, 20 апреля 2010 года в Мексиканском заливе произошла крупнейшая техногенная катастрофа, вызванная взрывом на нефтяной платформе Deepwater Horizon на месторождении Макондо (США). В результате этой аварии за 152 дня в Мексиканский залив вылилось около 5 миллионов баррелей нефти, в результате чего образовалось нефтяное пятно общей площадью 75 тысяч квадратных километров (рис.4) . Это по самым скромным подсчётам, сколько вылилось на самом деле - неизвестно.

Экологические последствия для экосистемы залива и прибрежных территорий трудно оценить, так как нефтяное загрязнение нарушает естественные процессы, изменяет условия обитания всех видов живых организмов и накапливается в биомассе. Нефтепродукты имеют длительный период распада и достаточно быстро покрывают поверхности вод слоем нефтяной плёнки, которая препятствует доступу воздуха и света. По данным на 2 ноября 2010 года в результате аварии было собрано 6814 мёртвых животных . Но это только первые потери, сколько погибло и ещё погибнет животных и растительных организмов, когда ядовитые вещества попадут в пищевые цепи - неизвестно. Как неизвестно и то, как подобная техногенная катастрофа повлияет на другие регионы планеты. Природная экосистема Мексиканского залива и его побережий способна самостоятельно восстанавливаться, но этот процесс может затянуться на долгие годы.

Ещё одной причиной сокращения биологического разнообразия является вырубка лесов под строительство дорог, жилья, сельскохозяйственные земли и др. В качестве подтверждающего факта можно привести строительство скоростной автомобильной дороги Москва – Санкт-Петербург через Химкинский лес. Химкинский лес являлся крупнейшим не- расчленённым природным комплексом, входящим в состав лесопаркового защитного пояса Москвы и Подмосковья и позволял сохранять высокое биологическое разнообразие (рис.5). Кроме того, он служил важнейшим регулятором чистоты атмосферного воздуха, рекреационным природным комплексом для более полумиллиона жителей близлежащих населенных пунктов, способным обеспечить благоприятную окружающую среду для проживания .

Рис.5 Химкинский лес до постройки скоростной автомобильной дороги

В результате строительства скоростной трасы Химкинскому лесопарку нанесён непоправимый экологический ущерб, выражающийся в уничтожении единственного коридора, проходящего по пойме р. Клязьмы и связывающий Химкинский лес с соседними лесными массивами (рис.6).

Рис. 6 Строительство скоростной автомобильной дороги через Химкинский лес

Нарушились миграционные пути таких животных как лось, кабан, барсук и других организмов, что в итоге приведёт к исчезновению их из Химкинского леса. Строительство дороги в дальнейшем привело к фрагментации лесного массива, что вызовет в дальнейшем увеличение неблагоприятных краевых эффектов на природные экосистемы (химическое загрязнение, воздействие акустического шума, распада стен леса, примыкающих к автомагистрали и др.) (рис.7). К сожалению, таких примеров по стране и во всём мире огромное количество и всё вместе это даёт непоправимый экологический ущерб биологическому разнообразию.

Факт сокращения биоразнообразия подтверждается и из(с)следованиями, с которыми можно ознакомиться в работах и . Согласно докладу Всемирного фонда дикой природы общее биологическое разнообразие планеты, начиная с 1970 года, сократилось приблизительно на 28 % . Учитывая, что до сих пор не описано огромное количество живых организмов и тот факт, что в оценке биоразнообразия учитывались только известные виды, можно предположить, что сокращение биоразнообразия главным образом происходит на региональном уровне. Однако если человек продолжит развиваться технократическим и потребительским путём и не предпримет реальных действий по изменению ситуации, то тогда есть реальная угроза глобальному биоразнообразию, и, как следствие, возможной гибели цивилизации. Снижение многообразия жизни ведёт к снижению поддержания функций биосферы в её естественном состоянии. Невежество и отрицание законов природы часто приводит к ложному мнению о том, что потеря одного вида животного или растения в природе взаимозаменяема. Да, это так, если это вызвано естественным ходом эволюции живой материи. Однако, сегодня «разумная» деятельность человека стала преобладать. Хочется напомнить один из законов экологии американского эколога Барри Коммонера: «Всё связано со всем». Закон показывает целостность экологической системы из формирующих её живых организмов и среды обитания. Закончить свое небольшое размышление хочется словами болгарского афориста Веселина Георгиева: «Берегите природу в себе, а не себя в природе».

Биоразнообразие - сокращенное от "биологическое разнообразие" - означает разнообразие живых организмов во всех его проявлениях: от генов до биосферы. Вопросам изучения, использования и сохранения биоразнообразия стало уделяться большое внимание после подписания многими государствами Конвенции о биологическом разнообразии (Конференция ООН по окружающей среде и развитию, Рио-де Жанейро, 1992).

Существует три основных типа биоразнообразия :

- генетическое разнообразие , отражающее внутривидовое разнообразие и обусловленное изменчивостью особей;

- видовое разнообразие , отражающее разнообразие живых организмов (растений, животных, грибов и микроорганизмов). В настоящее время описано около 1,7 млн. видов, хотя их общее число, по некоторым оценкам, составляет до 50 млн.;

- разнообразие экосистем охватывает различия между типами экосистем, разнообразием сред обитания и экологических процессов. Отмечают разнообразие экосистем не только по структурным и функциональным составляющим, но и по масштабу - от микробиогеоценоза до биосферы;

Все типы биологического разнообразия взаимосвязаны между собой : генетическое разнообразие обеспечивает разнообразие видов. Разнообразие экосистем и ландшафтов создает условия для образования новых видов. Повышение видового разнообразия увеличивает общий генетический потенциал живых организмов Биосферы. Каждый вид вносит свой вклад в разнообразие - с этой точки зрения не существует бесполезных и вредных видов.

Распределение видов по поверхности планеты неравномерно. Разнообразие видов в естественных средах обитания максимально в тропической зоне и уменьшается с увеличением широты. Самые богатые видовым разнообразием экосистемы - дождевые тропические леса, которые занимают около 7 % поверхности планеты и содержат более чем 90 % всех видов.

В геологической истории Земли в биосфере постоянно происходило возникновение и исчезновение видов - все виды имеют конечное время существования. Вымирание компенсировалось появлением новых видов, и в результате, общее число видов в биосфере возрастало. Вымирание видов - естественный процесс эволюции, который происходит без вмешательства человека.

В настоящее время под воздействием антропогенных факторов происходит сокращение биологического разнообразия за счет элиминации (вымирания, уничтожения) видов. В последнее столетие под влиянием человеческой деятельности скорость вымирания видов во много раз превысила естественную (по некоторым оценкам в 40000 раз). Происходит необратимое и некомпенсированное разрушение уникального генофонда планеты.

Элиминация видов в результате деятельности человека может происходить по двум направлениям - прямое истребление (охота, промысел) и косвенное (разрушение среды обитания, нарушение трофических взаимодействий). Чрезмерный промысел - наиболее очевидная прямая причина прямого сокращения численности видов, однако он гораздо менее влияет на вымирание, чем косвенные причины изменения среды обитания (например, вследствие химического загрязнения реки или вырубки леса).

Разнообразие биотического покрова, или биоразнообразие , - это один из факторов оптимального функционирования экосистем и биосферы в целом. Биоразнообразие обеспечивает устойчивость экосистем к внешним стрессовым воздействиям и поддерживает в них подвижное равновесие. Живое от неживого в первую очередь отличается на несколько порядков большим разнообразием и способностью не только сохранять это разнообразие, но и существенно увеличивать его по мере эволюции. Вообще эволюцию жизни на Земле можно рассматривать как процесс структурирования биосферы, процесс увеличиения разнообразия живых организмов, форм и уровней их организации, процесс возникновения механизмов, обеспечивающих устойчивость живых систем и экосистем в постоянно изменяющихся условиях нашей планеты. Именно способность экосистем поддерживать равновесие, используя для этого наследственную информацию живых организмов, и делает биосферу в целом и локальные экосистемы вещественно-энергетическими системами в полном смысле.

На этом фото мы видим множество видов растений, совместно произрастающих на лугу в пойме р. Будюмкан на юго-востоке Читинской области. Зачем природе потребовалось столько видов на одном лугу? Об этом и идет речь в данной лекции.

Русский геоботаник Л.Г. Раменский в 1910 г. сформулировал принцип экологической индивидуальности видов - принцип, который является ключом к пониманию роли биоразнообразия в биосфере. Мы видим, что в каждой экосистеме одновременно совместно обитает много видов, но вот какой в этом экологический смысл, задумываемся редко. Экологическая индивидуальность видов растений, сообитающих в одном растительном сообществе в одной экосистеме, позволяет сообществу быстро перестраиваться при изменении внешних условий. Например, в засушливое лето в данной экосистеме главную роль в обеспечении биологического круговорота играют особи вида А, которые более приспособлены к жизни при дефиците влаги. Во влажный год особи вида А оказываются не в оптимуме и не могут обеспечить биологический круговорот в изменившихся условиях. В этот год главную роль в обеспечении биологического круговорота в данной экосистеме начинают играть особи вида Б. Третий год оказался более прохладным, в этих условиях ни вид А, ни вид Б не могут обеспечить полное использование экологического потенциала данной экосистемы. Но экосистема быстро перестраивается, так как в ней имеются особи вида В, которые не нуждаются в теплой погоде и хорошо фотосинтезируют при пониженной температуре.

Каждый вид живых организмов может существовать в некотором диапазоне значений внешних факторов. За пределами этих значений особи вида погибают. На схеме мы видим пределы выносливости (пределы толерантности) вида по одному из факторов. В этих пределах имеется зона оптимума , наиболее благоприятная для вида, и две зоны угнетения. Правило Л.Г. Раменского об экологической индивидуальности видов утверждает, что пределы выносливости и зоны оптимумов у разных видов, обитающих совместно, не совпадают.

В природе мы находим массу факторов или механизмов, обеспечивающих и поддерживающих высокое видовое разнообразие локальных экосистем. В первую очередь, к таким факторам следует отнести избыточное размножение и перепроизводство семян и плодов. В природе семян и плодов производится в сотни и тысячи раз больше, чем это необходимо, чтобы восполнить естественную убыль в связи с преждевременной гибелью и умиранием от старости.

Благодаря приспособлениям к распространению плодов и семян на большие расстояния, зачатки новых растений попадают не только на те участки, которые благоприятны для их произрастания сейчас, но и на такие, условия которых неблагоприятны для роста и развития особей данных видов. Тем не менее, эти семена здесь прорастают, какое-то время существуют в угнетенном состоянии и гибнут. Так происходит до тех пор, пока экологические условия стабильны. Но если условия изменяются, то прежде обреченные на гибель проростки несвойственных этой экосистеме видов начинают здесь расти и развиваться, проходя полный цикл своего онтогенетического (индивидуального) развития. Экологи говорят, что в природе существует мощное давление разнообразия жизни на все локальные экосистемы.

Общий генофонд растительного покрова ландшафтного района – его флора- локальными экосистемами этого района используется наиболее полно именно благодаря давлению биоразнообразия. При этом локальные экосистемы в видовом отношении становятся более богатыми. При их формировании и перестройках экологический подбор подходящих компонентов осуществляется из большего количества претендентов, диазачатки которых попали в данное местообитание. Таким образом, вероятность формирования экологически оптимального растительного сообщества увеличивается.

Таким образом, фактором устойчивости локальной экосистемы является не только разнообразие видов, обитающих в этой локальной экосистеме, но и разнообразие видов в соседних экосистемах, из которых возможен занос диазачатков (семян и спор). Сказанное относится не только к растениям, ведущим прикрепленный образ жизни, но еще в большей степени к животным, могущим перемещаться из одной локальной экосистемы в другую. Многие особи животных, не принадлежа конкретно ни к одной из локальных экосистем (биогеоценозов), тем не менее играют важную экологическую роль и участвуют в обеспечении биологического круговорота сразу в нескольких экосистемах. Мало того, они могут в одной локальной экосистеме отчуждать биомассу, а в другой выбрасывать экскременты, стимулируя рост и развитие растений в этой второй локальной экосистеме. Порой такой перенос вещества и энергии из одних экосистем в другие может быть чрезвычайно мощным. Этот поток связывает между собой совершенно разные экосистемы.

Разнообразие видов и разнообразие жизненных форм или экобиоморф - это далеко не одно и то же. Продемонстрирую это на таком примере. На лугу видов, родов и семейств растений может обитать в 2-3 раза больше, чем в темнохвойном лесу. Однако в пересчете на экобиоморфы и синузии окажется, что биоразнообразие темнохвойного леса как экосистемы значительно выше, чем биоразнообразие луга как экосистемы. На лугу мы имеем 2-3 класса экобиоморф, а в темнохвойном лесу 8-10 классов. На лугу видов много, но все они относятся либо к классу экобиоморф многолетние мезофитные летнезеленые травы, либо к классу однолетние травы, либо к классу зеленые мхи. В лесу же разными классами экобиоморф являются: темнохвойные деревья, листопадные деревья, листопадные кустарники, листопадные кустарнички, многолетние мезофитные летнезеленые травы, зеленые мхи, эпигейные лишайники, эпифитные лишайники.

Биоразнообразие организмов в биосфере не исчерпывается разнообразием таксонов и разнообразием экобиоморф живых организмов. Например, мы можем попасть в район, который целиком занят одной локальной элементарной экосистемой - верховым болотом, или сырым ольховым лесом в устье большой реки. В другом районе на такой же по площади территории мы встретим не менее 10-15 типов локальных элементарных экосистем. Экосистемы хвойно-широколиственного леса на дне долин рек закономерно сменяются здесь экосистемами кедрово-дубовых разнотарвно-кустарниковых лесов на южных пологих склонах гор, лиственично-дубовых разнотравных лесов на северных пологих склонах гор, елово-пихтовых лесов в верхней части северных крутых склонов гор и экосистемами остепненных лугов и куртинной растительности на крутых южных склонах гор. Нетрудно понять, что такое внутриландшафтное разнообразие экосистем определяется не только разнообразием слагающих их видов и экобиоморф, но и разнообразием экологического фона ландшафта , связанного в первую очередь с разнообразием форм рельефа, разнообразием почв и подстилающих их горных пород.

Процессы вымирания видов в биосфере компенсируются процессами видообразования. Если баланс этих двух процессов нарушится в пользу вымирания, то Землю, скорее всего, ждет судьба Венеры – то есть атмосфера из углекислого газа и паров воды, температура на поверхности порядка +200 градусов по Цельсию, испарившиеся океаны и моря. Жизнь на белковой основе в таких условиях, разумеется, просто невозможна. Став мощной геологической силой, человечество обязано взять на себя ответственность не только за будущее своих детей и внуков, но и за будущее всей биосферы. А это будущее во многом будет зависеть от того, насколько процесс вымирания видов в биосфере Земли отстает от процесса образования новых видов.

Для учета видов, находящихся на грани вымирания, во многих странах создаются Красные Книги - списки редких и исчезающих видов живых организмов. Для сохранения и поддержания биологического разнообразия создаются особо охраняемые природные территории - ООПТ (заповедники, национальные парки и др.), генетические банки данных. Сохранение отдельного вида возможно лишь при условии охраны его среды обитания со всем комплексом входящих в нее видов, климатических, геофизических и других условий. Особую роль играет при этом сохранение средообразующих видов (видов-эдификаторов), которые формируют внутреннюю среду экосистемы. Создание ООПТ направлено на охрану не только отдельных видов, но и целых комплексов и ландшафтов.

Заповедники служат также для оценки и мониторинга состояния биоразнообразия. Единой системы мониторинга состояния биоразнообразия на сегодняшний день в России не существует. Наиболее полный и постоянный контроль за изменением компонентов биоразнообразия осуществляется в заповедниках. Ежегодно заповедники готовят отчеты о состоянии экосистем ("Летописи природы") - сводки данных о состоянии заповедных территорий, охраняемых популяций растений и животных. Некоторые заповедники ведут "Летописи природы" более 50 лет, которые включают в себя непрерывные ряды данных по численности животных, биологическому разнообразию, динамике экосистем, а также приводятся данные по климатическим наблюдениям.

Часть заповедников России (18) входит в состав международной сети биосферных заповедников, специально созданных для мониторинга состояния биоразнообразия, климатических, биогеохимических и других процессов в масштабах Биосферы.

Причин необходимости сохранения биоразнообразия много: потребность в биологических ресурсах для удовлетворения нужд человечества (пища, материалы, лекарства и др.), этический и эстетический аспекты (жизнь самоценна) и т.д. Однако главная причина сохранения биоразнообразия состоит в том, что оно выполняет ведущую роль в обеспечении устойчивости экосистем и Биосферы в целом (поглощение загрязнений, стабилизация климата, обеспечение пригодных для жизни условий). Биоразнообразие выполняет регулирующую функцию в осуществлении всех биогеохимических, климатических и других процессов на Земле. Каждый вид, каким бы незначительным он не казался, вносит свой вклад в обеспечение устойчивости не только “родной” локальной экосистемы, но и Биосферы в целом.

ЭКОЛОГИЯ ПОЧВ

ЛЕКЦИЯ № 8,9,10

ТЕМА:

Экологические функции почв. Биохимическое преобразование верхних слоев литосферы. Трансформация поверхностных вод в грунтовые и участие в формировании речного стока. Регулирование газового режима атмосферы . Экологическая функция почв. Участие почв в формировании геохимического потока элементов.

Почвенный покров образует одну из геофизических оболочек Земли – педосферу. Основные геосферные функции почвы как природного тела обусловлены положением почвы на стыке живой и неживой природы. И главная из них – обеспечение жизни на Земле. Именно в почве укореняются наземные растения, в ней обитают мелкие животные, огромная масса микроорганизмов. В результате почвообразования именно в почве концентрируются жизненно необходимые организмам вода и элементы минерального питания в доступных для них формах химических соединений. Таким образом, почва – условие существования жизни, но одновременно почва – следствие жизни на Земле.

Глобальные функции почв в биосфере базируются на следующих основополагающих ее качествах. Во-первых, почва служит средой обитания и физической опорой для огромного числа организмов; во-вторых, почва является необходимым, незаменимым звеном и регулятором биогеохимических циклов, практически круговороты всех биогенов осуществляются через почву.

Если мы посмотрим, как обстоят дела в реальных экосистемах Приморского края, то увидим, что в хвойно-широколиственном лесу, например, на участке в 100 кв. метров произрастают особи 5-6 видов деревьев, 5-7 видов кустарников, 2-3 видов лиан, 20-30 видов травянистых растений, 10-12 видов мхов и 15-20 видов лишайников. Все эти виды экологически индивидуальны, и в разные сезоны года, в разные по погодным условиям годы фотосинтетическая активность их сильно изменяется. Эти виды как бы дополняют друг друга, делая сообщество растений в целом экологически более оптимальным

По числу видов сходной жизненной формы, обладающих сходными требованиями к внешней среде, сообитающих в одной локальной экосистеме, можно судить о том, насколько стабильны условия в этой экосистеме. В стабильных условиях таких видов, как правило, будет меньше, чем в условиях не стабильных. Если погодные условия в течение ряда лет не изменяются, то надобность в большом количестве видов отпадает. В этом случае сохраняется вид, который в этих стабильных условиях самый оптимальный из всех возможных видов данной флоры. Все остальные постепенно элиминируют, не выдержав с ним конкуренции.

Благодаря приспособлениям к распространению плодов и семян на большие расстояния, зачатки новых растений попадают не только на те участки, которые благоприятны для их произрастания сейчас, но и на такие, условия которых неблагоприятны для роста и развития особей данных видов. Тем не менее, эти семена здесь прорастают, какое-то время существуют в угнетенном состоянии и гибнут. Так происходит до тех пор, пока экологические условия стабильны. Но если условия изменяются, то прежде обреченные на гибель проростки несвойственных этой экосистеме видов начинают здесь расти и развиваться, проходя полный цикл своего онтогенетического (индивидуального) развития. Экологи говорят, что в природе (читай, в биосфере) существует мощное давление разнообразия жизни на все локальные экосистемы.

На этом графике (Вилли, 1966) видно, как синхронно изменяется численность зайца (кривая 1) и численность рыси (кривая 2) в одной из экосистем. По мере увеличения численности зайца с некоторым запаздыванием начинает расти численность рыси. Увеличив свою численность рысь оказывает угнетающее воздействие на популяцию зайца. Численность зайца при этом сокращается, рыси не могут обеспечить себя пропитанием и уходят из данной экосистемы, или погибают. Снижается пресс со стороны рыси и численность зайца возрастает. Чем меньше в экосистеме видов хищников и видов растительноядных животных, тем более резкими бывают колебания их численности, тем труднее экосистеме сохранять свое равновесие. При большом числе видов жертв и видов хищников (см. предыдущую схему) колебания численности имеют значительно меньшую амплитуду.

Так, например, проходные рыбы, накапливая свою биомассу в море, идут на нерест в верховья рек и ручьев, где после нереста гибнут и становятся пищей для большого числа видов животных (медведи, волки, многие виды куньих, многие виды птиц, не говоря о полчищах беспозвоночных). Эти животные кормятся рыбой и выбрасывают свои экскременты в наземных экосистемах. Таким образом, вещество из моря мигрирует на сушу вглубь материка и здесь ассимилируется растениями и включается в новые цепи биологического круговорота.

Прекратите заходы в реки Дальнего Востока на нерест лососевых рыб, и через 5-10 лет вы увидите, как сильно изменится численность большинства видов животных. Изменится численность видов животных, и, как следствие, начнутся перестройки в растительном покрове. Снижение численности хищных видов животных приведет к увеличению поголовья травоядных животных. Быстро подорвав свою кормовую базу, травоядные животные начнут гибнуть, среди них распространятся эпизоотии. Сократится численность растительноядных животных, и будет некому распространять семена одних видов и поедать биомассу других видов растений. Одним словом, при прекращении захода в реки красной рыбы на Дальнем Востоке начнется серия перестроек во всех звеньях экологических систем, удаленных от моря на сотни и даже тысячи километров.

А эти графики (Г.Ф. Гаузе, 1975) показывают, как в одной экосистеме изменяется численность инфузории туфельки (одноклеточное животное) (кривая 1) и хищной инфузории, питающейся инфузорией туфелькой (кривая 2). Два верхних графика - экосистема замкнутая и в пространстве ограниченная: а - у инфузории туфельки нет убежища; б - у инфузории туфельки есть убежище. Нижние графики (в) - экосистема открытая, при наступлении неблагоприятных условий и тот и другой вид могут спрятаться или уйти в другую систему. При наступлении же благоприятных условий и тот и другой вид могут вернуться.

К сожалению, экологи пока не могут смоделировать поведение реальных экосистем в условиях изменения определенных экологических факторов. И дело здесь не только в чрезвычайной сложности экологических систем и отсутствии достаточной информации об их составе. В экологии отсутствует теория, которая позволяла бы проводить такое моделирование. В связи с этим, при мощном воздействии на экосистемы требуется большая осторожность и следование правилу: «Прежде чем оказывать воздействие на экосистему и выводить ее из состояния равновесия, семь раз отмерь» и... не отрезай - откажись от этого воздействия. Двадцатый век убедил нас в том, что охранять природные экосистемы, поддерживая их в равновесном состоянии, куда разумнее, чем переделывать эти экосистемы, пытаясь их оптимизировать.

Следует сказать, что для поддержания равновесия в локальных экосистемах и для их биогеохимической оптимизации важно не таксономическое разнообразие само по себе по принципу «чем больше видов, тем лучше», а разнообразие функциональное , или разнообразие экобиоморф. Мерой функционального разнообразия экосистемы является число экобиоморф и синузий растений, животных, грибов и микроорганизмов. Мерой таксономического разнообразия является число видов, родов, семейств и других высших таксонов.

биоразнообразие экосистема экологический мониторинг

Биологическое разнообразие - главное условие устойчивости всей жизни на Земле. Биоразнообразие создает взаимодополняемость и взаимозаменяемость видов в биоценозах, обеспечивает регуляцию численности, самовосстановительные способности сообществ и экосистем. За счет этого разнообразия жизнь не прерывается уже несколько миллиардов лет. В сложные периоды геологической истории многие виды вымирали, разнообразие понижалось, но экосистемы материков и океанов выдерживали эти катастрофы. Главные функции биоценоза в экосистеме - создание органического вещества, его разрушения и регуляция численности видов - обеспечиваются множеством видов, как бы страхующих деятельность друг друга (рисунок 1).

Рисунок 1. Река Будюмкан на юго-востоке Читинской области

Русский геоботаник Л.Г. Раменский в 1910 г. сформулировал принцип экологической индивидуальности видов - принцип, который является ключом к пониманию роли биоразнообразия в биосфере. Мы видим, что в каждой экосистеме одновременно совместно обитает много видов, но вот какой в этом экологический смысл, задумываемся редко. Экологическая индивидуальность видов растений, сообитающих в одном растительном сообществе в одной экосистеме, позволяет сообществу быстро перестраиваться при изменении внешних условий.

Например, в засушливое лето в данной экосистеме главную роль в обеспечении биологического круговорота играют особи вида А, которые более приспособлены к жизни при дефиците влаги. Во влажный год особи вида А оказываются не в оптимуме и не могут обеспечить биологический круговорот в изменившихся условиях. В этот год главную роль в обеспечении биологического круговорота в данной экосистеме начинают играть особи вида Б. Третий год оказался более прохладным, в этих условиях ни вид А, ни вид Б не могут обеспечить полное использование экологического потенциала данной экосистемы. Но экосистема быстро перестраивается, так как в ней имеются особи вида В, которые не нуждаются в теплой погоде и хорошо фотосинтезируют при пониженной температуре.

Каждый вид живых организмов может существовать в некотором диапазоне значений внешних факторов. За пределами этих значений особи вида погибают. На схеме (рисунок 2) мы видим пределы выносливости (пределы толерантности) вида по одному из факторов. В этих пределах имеется зона оптимума, наиболее благоприятная для вида, и две зоны угнетения. Правило Л.Г. Раменского об экологической индивидуальности видов утверждает, что пределы выносливости и зоны оптимумов у разных видов, обитающих совместно, не совпадают.

Рисунок 2. Пределы выносливости (пределы толерантности) вида по одному из факторов

Благодаря приспособлениям к распространению плодов и семян на большие расстояния, зачатки новых растений попадают не только на те участки, которые благоприятны для их произрастания сейчас, но и на такие, условия которых неблагоприятны для роста и развития особей данных видов. Тем не менее, эти семена здесь прорастают, какое-то время существуют в угнетенном состоянии и гибнут. Так происходит до тех пор, пока экологические условия стабильны. Но если условия изменяются, то прежде обреченные на гибель проростки несвойственных этой экосистеме видов начинают здесь расти и развиваться, проходя полный цикл своего индивидуального развития. Экологи говорят, что в биосфере существует мощное давление разнообразия жизни на все локальные экосистемы.

Общий генофонд растительного покрова ландшафтного района - его флора - локальными экосистемами этого района используется наиболее полно именно благодаря давлению биоразнообразия. При этом локальные экосистемы в видовом отношении становятся более богатыми. При их формировании и перестройках экологический подбор подходящих компонентов осуществляется из большего количества претендентов, диазачатки которых попали в данное местообитание. Таким образом, вероятность формирования экологически оптимального растительного сообщества увеличивается.

К факторам, обеспечивающим высокое биоразнообразие экосистем, относятся процессы миграции видов с соседних территорий из других ландшафтных районов и других природных зон, а также процессы автохтонного видообразования на месте, которые непрерывно происходят в природе, то убыстряясь в эпохи биосферных перестроек, то замедляясь в эпохи стабилизации климата. Процессы видообразвания протекают очень медленно. Так, например, для разделения родительского вида на два дочерних, при наличии между двумя популяциями барьера, не позволяющего особям этих двух популяций скрещиваться друг с другом, природе требуется как минимум 500 тыс. лет, а чаще порядка 1 миллиона лет. Отдельные виды в биосфере могут сохраняться 10 и более миллионов лет, практически не изменяясь за это время.

Животный мир является неотъемлемым элементом окружающей природной среды и биологического разнообразия Земли, возобновляющимся природным ресурсом, важным регулирующим и стабилизирующим компонентом биосферы. Главнейшая экологическая функция животных -- участие в биотическом круговороте веществ и энергии. Устойчивость экосистемы обеспечивается в первую очередь животными, как наиболее мобильным элементом.

Прекратите заходы в реки Дальнего Востока на нерест лососевых рыб, и через 5-10 лет можно увидеть, как сильно изменится численность большинства видов животных. Изменится численность видов животных, и, как следствие, начнутся перестройки в растительном покрове. Снижение численности хищных видов животных приведет к увеличению поголовья травоядных животных. Быстро подорвав свою кормовую базу, травоядные животные начнут гибнуть, среди них распространятся эпизоотии. Сократится численность растительноядных животных, и будет некому распространять семена одних видов и поедать биомассу других видов растений. Одним словом, при прекращении захода в реки красной рыбы на Дальнем Востоке начнется серия перестроек во всех звеньях экологических систем, удаленных от моря на сотни и даже тысячи километров.

Известный эколог Б.Коммонер о необходимости тщательного изучения экосистем, о последствиях скоропалительных действий человека пусть и в благонамеренных целях говорил так: все связано со всем; природа знает лучше.

Для людей важно сохранять то, что существует в экосистемах, что прошло проверку временем. Важно понять, что именно исторически, эволюционно сложившееся биоразнообразие обеспечивает сохранность и длительную функциональность экосистемы.

Пути сохранения биоразнообразия разные:

а) стабилизация генофонда с помощью восстановления исчезающих видов в искусственных ситуациях в природе;
б) консервация генетического материала;
в) нормирование хозяйственного использования и торговые соглашения (конвенция о торговле редкими видами, СиТЕС)
г) охрана биотопов, как часть ландшафтного планирования;
д) соглашение о мигрирующих видах, в частности Боннская конвенция.

Сохранение существующих видов - это сохранение устойчивости экосистемы. Опасность исчезновения грозит более 600 видам птиц и около 120 видам млекопитающих. И здесь на первый план вступает экологическая грамотность, экологическая ответственность, экологическое воспитание, экологическая культура всех и каждого.

Что такое биологическое разнообразие?

Сохранение биологического разнообразия центральная задача биологии сохранения живой природы. По определению, данному Всемирным фондом дикой природы (1989), биологическое разнообразие – это “все многообразие форм жизни на земле, миллионов видов растений, животных, микроорганизмов с их наборами генов и сложных экосистем, образующих живую природу”. Таким образом, биологическое разнообразие следует

рассматривать на трех уровнях. Биологическое разнообразие на видовом уровне охватывает весь набор видов на Земле от бактерий и простейших до царства многоклеточных растений, животных и грибов. В более мелком масштабе биологическое разнообразие включает генетическое разнообразие видов, образованное как географически отдаленными популяциями, так и особями внутри одной и той же популяции. Биологическое разнообразие включает также разнообразие биологических сообществ, видов, экосистем, сформированных сообществами и взаимодействия между этими уровнями.

Для беспрерывного выживания видов и природных сообществ необходимы все уровни биологического разнообразия, все они важны и для человека. Разнообразие видов демонстрирует богатство эволюционных и экологических адаптаций видов к различным средам. Видовое разнообразие служит для человека источником разнообразных естественных ресурсов. Например, влажные тропические леса с их богатейшим набором видов производят замечательное разнообразие растительных и животных продуктов, которые могут использоваться в пищу, в строительстве и медицине. Генетическое разнообразие необходимо любому виду для сохранения репродуктивной жизнеспособности, устойчивости к заболеваниям, способности к адаптации в изменяющихся условиях. Генетическое разнообразие домашних животных и культивируемых растений особенно ценно для тех, кто работает над селекционными программами по поддержанию и улучшению современных сельскохозяйственных видов.

Разнообразие на уровне сообществ представляет собой коллективный отклик видов на различные условия окружающей среды. Биологические сообщества, характерные для пустынь, степей, лесов и затопляемых земель, поддерживают непрерывность нормального функционирования экосистемы, обеспечивая ее “обслуживание”, например, с помощью регулирования паводков, защиты от почвенной эрозии, фильтрации воздуха и воды.

Видовое разнообразие организмов. Что такое биологическое разнообразие - реферат

Что такое биологическое разнообразие?