monitoring_печатать-decrypted

Все живые организмы связаны между собой процессами обмена веществом и энергией, т.е. пищевыми взаимоотношениями. В результате возникают пищевые или трофические цепи. Трофическая цепь – это последовательный перенос вещества и энергии от их источника – зеленого растения – через ряд других организмов на более высоких трофических уровнях, т.е. путем поедания одних организмов другими.

Биотический круговорот обеспечивается взаимодействием трех групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты или производители – это автотрофные организмы, производящие пищу, т.е. растения.

Консументы, т.е. потребители – это гетеротрофные организмы, главным образом животные, поедающие другие организмы. Их относят к группе вторичных продуцентов. Различают консументов первого порядка (фитофагов) (к ним относятся в основном растительноядные животные);

консументов второго порядка (зоофагов) (к ним относятся плотоядные жи-

вотные, первичные хищники, питающиеся растительноядными организмами) и консументов третьего порядка (к ним относятся хищники, которые питаются плотоядными животными, а также различные животные, ведущие паразитический образ жизни).

Третья группа, обеспечивающая в экосистеме функционирование биоценоза – организмы, разлагающие отходы жизнедеятельности и отмершие организмы до минеральных веществ – редуценты. К ним относятся грибы, бактерии, беспозвоночные. Минеральные вещества и диоксид углерода, образующиеся при деятельности редуцентов, опять поступают в воду, воздух и почву, а затем – в распоряжение продуцентов

Все организмы, выполняющие в экосистеме одинаковые трофические функции, составляют определенный трофический уровень. Общая закономерность трофических цепей состоит в том, что в начале цепи всегда находятся растения, а в конце – хищники. С каждым звеном в цепи организмы становятся крупнее, медленнее размножаются и имеют все меньше естественных врагов. При переходе от уровня к уровню энергия, полученная в виде пищи, перераспределяется по законупирамиды энергии Р. Линдемана: с одного трофического уровняна другой передается всреднем неболее 10 % энергии.

Надо заметить, что минерализация органических веществ осуществляется не только редуцентами (бактериями, простейшими, грибами), но и консументами в процессе метаболизма. Наряду с минеральными солями, они выделяют в окружающую среду диоксид углерода и воду, которые являются конечными продуктами метаболизма.

Организмы разных групп по-разному реагируют на антропогенное загрязнение среды обитания, т.е. обладают разной чувствительностью к антропогенному воздействию. Редуценты вынуждены перерабатывать не только естественные продукты жизнедеятельности автотрофов и консументов, но и химические вещества, попадающие в экосистему вследствие антропогенного воздействия. Если химические вещества обладают токсическими свойствами, редуценты могут не справиться с очисткой, при этом нарушаются процессы самоочищения, что отрицательно сказывается на устойчивости экосистемы и приводит к ее преобразованию. Таким образом, стабильность экосистем существенно зависит от деятельности человека.

Другим критерием описания структуры экосистемы является критерий жизни, т.е. в экосистеме рассматривают две компоненты: живую

13

(биотическую) и неживую (абиотическую). Обе компоненты тесно связаны и взаимодействуют друг с другом. Абиотические компоненты лимитируют и регулируют жизнедеятельность и само существование живых организмов. Они находятся как вне, так и внутри живых организмов и образуют постоянный поток между биотической и абиотической компонентами.

Экологические факторы

Жизнедеятельность любого организма зависит от того, насколько он приспособлен к условиям среды обитания. Для характеристики взаимодействия организма со средой было введено понятие “экологический фактор”. Под экологическими факторами понимают те воздействия, которые оказывают непосредственное влияние на характер и интенсивность протекающих в экосистеме процессов.

По отношению к экосистеме экологические факторы делят на внешние и внутренние. Несмотря на определенную условность такого деления, считают, что внешние факторы, действуя на экосистему, сами не подвержены или почти не подвержены ее влиянию. К ним относят солнечную радиацию, скорость ветра и течений и т.д. Внутренние факторы соотносятся со свойствами самой экосистемы и образуют ее, т.е. входят в ее состав. Это – численность и биомасса популяций, количество различных химических веществ, характеристики водной или почвенной массы и т.п.

По критерию “жизни” экологические факторы делят на биотические и абиотические. К последним относят неживые компоненты экосистемы и ее внешней среды. Особо выделяют аддитивные факторы, характеризующие количественные параметры биотической и абиотической составляющей экосистемы: численность и биомассу популяций, концентрации химических веществ. Такие факторы называют ресурсными. В последнее время все чаще употребляется термин антропогенные факторы (т.е. вызванные человеком); их противопоставляют природным (естественным) факторам.

Внешние экологические факторы по отношению к экосистеме являются воздействием. Реакция экосистемы, биоценоза, популяций и особей на эти воздействия называется откликом. От характера отклика на воздействие зависит способность организма приспосабливаться к условиям окружающей среды, адаптироваться и приобретать устойчивость к влиянию различных факторов среды, в том числе неблагоприятных воздействий. В этом заключается основа механизма естественного отбора.

Условия существования организмов и популяций рассматривают также как регулирующие экологические факторы.

Виды вредных воздействий на окружающую среду

Антропогенным воздействием (или просто воздействием, когда речь идет о загрязнении окружающей среды человеком) называется непосредственное влияние хозяйственной деятельности человека на окружающую природную среду. Все виды воздействий можно разделить на 4 группы: преднамеренное и непреднамеренное, прямое и косвенное (опосредованное).

Преднамеренное воздействие происходит в процессе материального производства с целью удовлетворения определенных потребностей общества. К ним относятся: добыча полезных ископаемых, строительство гидротехнических сооружений, вырубка лесов для получения древесины и т.д.

14

Непреднамеренное воздействие возникает побочно с первым типом воздействия, в частности, добыча полезных ископаемых открытым способом приводит к понижению уровня грунтовых вод, к загрязнению воздушного бассейна, к образованию техногенных форм рельефа (карьеры, терриконы, хвостохранилища).

Как преднамеренные, так и непреднамеренные воздействия могут быть прямыми и косвенными.

Прямые воздействия имеют место в случае непосредственного влияния хозяйственной деятельности человека на среду, в частности ирригация (орошение) непосредственно воздействует на почву и изменяет все процессы, связанные с ней.

Косвенные воздействия происходят опосредованно – через цепочки взаимосвязанных влияний. Так, преднамеренные косвенные воздействия – это применение удобрений и непосредственно влияние на урожайность культур, а непреднамеренные – влияние аэрозолей на количество солнечной радиации (особенно в городах) и т.д.

Опасность антропогенного воздействия на биосферу состоит в том, что отклик окружающей среды на это воздействие появляется с запаздыванием, которое зависит как от характера, так и от интенсивности воздействия. Если реакция биосферы на воздействие наблюдается быстро, то существует возможность регулирования масштабов воздействия, позволяющего предотвратить необратимые изменения в природных системах. Примером может служить регулирование отлова рыбы в водах Мирового океана. Если же сдвиги в экосистеме происходят с большим запозданием, то возможны необратимые, даже глобальные, изменения. Так исчезли многие виды растений и животных.

Антропогенная деятельность за последние два столетия привела к нарушению круговорота веществ. В природных системах “движение” веществ реализуется круговоротом по замкнутому циклу, т.е. в виде совокупности превращений и перемещений вещества в пространстве и времени, находящихся в динамическом равновесии, что обеспечивает естественное развитие биосферы. В антропогенной деятельности этот цикл не замкнут, поскольку используемые человеком вещества и энергия не возвращаются в места их изъятия. Часть их рассеивается в окружающую среду при добыче и транспортировке, а часть поступает в окружающую среду в виде отходов и выбросов. В результате в окружающую среду поступают различные вещества и их соединения, в том числе и такие, каких нет в природных экосистемах, что приводит к загрязнению окружающей среды.

Под загрязнением окружающей среды понимают поступление в био-

сферу любых твердых, жидких и газообразных веществ или видов энергии (теплоты, звука, радиоактивности и т.п.) в количествах, оказывающих вредное влияние на человека, животных и растения как непосредственно, так и косвенным путем.

Загрязнения биосферы подразделяют на локальные, региональные и глобальные. Локальные загрязнения характерны для городов, крупных промышленных предприятий, районов добычи тех или иных полезных ископаемых, крупных животноводческих комплексов. Региональные загрязнения охватывают значительные территории и акватории, подверженные влиянию крупных промышленных районов. Глобальные загрязнения чаще всего вызываются атмосферными выбросами, распространяются на большие расстоя-

15

ния от мест своего возникновения и оказывают неблагоприятное воздействие на крупные регионы, а иногда и на всю планету.

Вобщем виде все загрязнения классифицируются по двум группам: естественные, возникшие в результате мощных природных процессов (извержение вулканов, лесные пожары и т.п.), и техногенные или антропогенные загрязнения.

Антропогенные загрязнения в свою очередь разделяют на: материальные; физические и биологические. Радиоактивные отходы могут рассматриваться как материальные и как физические.

Воснову классификации материальных загрязнений положена среда их распространения (атмосфера, гидросфера, литосфера), их агрегатное состояние (газообразные, жидкие, твердые), применяемые методы обезвреживания и степень токсичности. Материальные загрязнения подразделяются на выбросы в атмосферу, сточные воды и твердые отходы. Классификация выбросов вредных веществ в атмосферу устанавливается государственными стандартами, согласно которым выбросы подразделяются по агрегатному состоянию и массе веществ, выбрасываемых вединицувремени (обычно тонны всутки).

Физические загрязнения окружающей среды включают промышленные тепловые выбросы, а также шум, вибрацию и все виды излучений и полей.

Тепловое загрязнение биосферы присуще в большей или меньшей степени всем видам производств и проявляется в виде конвективного или радиационного теплообмена между нагретыми выбросами или нагретыми технологическими установками и окружающей средой, что приводит к локальному повышению температуры атмосферы, воды или почвы. Особенно нежелательно воздействие тепловых выбросов на водоемы, поскольку это нарушает водный экологический режим.

Биологическое загрязнение характерно для предприятий промышленного биосинтеза, производящих антибиотики, ферменты, вакцины, сыворотки, кормовой белок, биоконцентраты и т.д.

Процессы перемещения (перераспределения) и концентрации химических элементов (их соединений), происходящие в результате технической

(технологической) деятельности людей принято называть техногенезом.

Источники загрязнения биосферы

Источники загрязняющих веществ разнообразны, также разнообразны

ивиды отходов и характер их воздействия на компоненты биосферы.

Вобщем случае источники загрязнения природной среды можно классифицировать по: происхождению – искусственные или антропогенные (около 90 % общего объема) и естественные; месту поступления – континентальные, морские и атмосферные; временному признаку – постоянные, эпизодические,

разовые, случайные; пространственно-временному признаку – фиксированные

инефиксированные и т.д.

К основным источникам антропогенного загрязнения относятся: промышленные предприятия, горнодобывающие предприятия, нефтедобывающая промышленность, теплоэнергетика, транспорт, сельское хозяйство, жилищнокоммунальноехозяйствогородов.

Жители больших городов испытывают чрезмерное загрязнение воздуха, в результате чего заводские районы некоторых городов становятся непригодными для проживания, поскольку из атмосферы основная масса выбросов в виде выпадения атмосферной пыли, аэрозолей, кислых дождей поступает в поверх-

16

ностные воды и почву городских и прилегающих к ним территорий. Статистические данные говорят о том, что окружающая среда в ряде крупных промышленных городов (Магнитогорске, Новокузнецке, Мариуполе и др.) находится в катастрофическом состоянии.

		Таблица 2
Распределение антропогенных загрязнений вбиосфере
Загрязнитель		Отрасль производственной и хозяйственной дея-
		тельности, для которой характерен данный за-
		грязнитель
		Атмосфера
CO2, SO2, NOx, углеводороды		Теплоэнергетика, металлургия, транспорт
Металлические частицы,		Металлургия, горнодобывающая промышлен-
пылевые частицы		ность
Галогеносодержащие		Химическая, холодильная промышленность
соединения
		Литосфера
Мусор		Коммунально-бытовое, городское хозяйство
Активный ил		Городские станции биологической очистки сточ-
		ных вод
Целлюлоза, бумага		Целлюлозно-бумажная промышленность
Зола, шлак, шлам		Энергетика, металлургия
Пластмассы, органические		Химическая промышленность
вещества
Металлы и их соединения		Металлургия, химическая промышленность
Радиоактивные вещества		АЭС, предприятия переработки отходов АЭС,
		предприятия ВПК
		Гидросфера
Тепловая энергия		Энергетика (АЭС, ТЭЦ, ГРЭС), металлургия
Радиоактивные вещества		АЭС, предприятия ВПК
Минеральные соли		Химическая промышленность
Взвешенные частицы		Коммунально-бытовое хозяйство
Биогенные вещества		Сельское, городское хозяйство
Нефтепродукты		Нефтедобывающая, нефтеперерабатывающая
		промышленность, горнодобывающая промыш-
		ленность, металлургия, машиностроение
Пестициды		Сельское хозяйство
Ионы тяжелых металлов		Металлургия, машиностроение
Красители, фенолы		Текстильная промышленность
Органические растворители		Химическая промышленность
Синтетические	поверхно-	Городские стоки
стно-активные	вещества
(СПАВ)

17

Распределение загрязняющих веществ в биосфере и их влияние на ее компоненты

При поступлении загрязняющих веществ в атмосферу происходит их рассеивание, которое определяется циркуляцией атмосферы. Характер движения воздушных масс зависит от их температурного поля (распределения температур вдоль поверхности Земли и по высоте), распределения давлений и плотностей атмосферных фронтов. Поэтому кроме крупномасштабных воздушных течений, перемещающих выбросы на сотни и тысячи километров, возникают многочисленные локальные (местные) циркуляции в нижних слоях атмосферы. Эти циркуляции связаны не только с состоянием атмосферы, но и с географическими, геологическими и другими особенностями местности, где располагаются источники загрязняющих атмосферувыбросов.

Рельеф, городские постройки изменяют направление и скорость движения приземного слоя воздуха. Долины рек, вытянутые депрессии служат коридорами, по которым устремляются потоки воздуха, тогда как повышения рельефа могут служить препятствием и приводить к инверсии воздушного потока. Штили и туманы могут способствовать выпадениям осадков вблизи источника загрязнения на небольшой территории. В крупных промышленных центрах и на прилегающих к ним территориях загрязнение атмосферы зачастую в десяткисотни развыше вприземном слоевоздуха, чем вверхних слоях атмосферы.

Обычно количество поллютантов убывает в степенной зависимости с расстоянием от источника выбросов. Вблизи от импактного (локального) источника загрязнения выделяют обычно от трех до пяти зон с повышенным (по сравнению с фоновым) в десятки и сотни раз уровнем содержания тяжелых металлов. Поскольку при устойчивом направлении ветров выбросы в атмосферу от ряда источников загрязнения объединяются в общий шлейф, то в нем, во-первых сглаживаются особенности отдельных источников, и, вовторых, образуются вторичные продукты трансформации загрязнений (продукты их превращения). Поэтому при крупномасштабных рассеиваниях выбросов от антропогенных источников в атмосфере находятся как первичные, так и вторичные источники загрязнения.

Атмосферные выбросы чаще всего представляют собой аэрозоли, т.е. коллоидные системы. Одной из основных особенностей коллоидов является их гетерогенность, т.е. они состоят не менее чем из двух фаз: частиц размером 0,1- 1 мкм (дисперсионная фаза) и среды в которой они находятся (дисперсионной среды). Вещества, составляющие разные фазы, отличаются по ряду свойств и имеют реальную физическую поверхность раздела. Для коллоидных систем характерна свободная поверхностная энергия, а для отдельных частиц – наличие определенного заряда. Именно с этими особенностями связан процесс сорбции

– концентрирование определенных веществ из дисперсионной среды на поверхности раздела фаз. Связь этих веществ с сорбировавшими их частицами может бытьсильной и сохраняться довольно продолжительное время.

Основная часть аэрозолей находится на высоте до 2 км над поверхностью Земли. Считается, что пыль в среднем держится в атмосфере 4-7 суток, а вообще, в зависимости от размеров частиц пыли, продолжительность нахождения большинства аэрозолей колеблется от 1до 40 суток.

Небольшое количество аэрозолей, поднявшихся на высоты более 7 км, попадает в струйные воздушные потоки, которые переносят аэрозоли на расстояния свыше 5 тыс. км. Они могут оставаться в воздухе до 14 лет, однако количество таких аэрозолей сравнительно невелико.

18

Все коллоиды подвержены старению, например, за счет слипания частиц. В результате частицы, образующие их, вместе с сорбированными на них веществами оседают на поверхность земли или, если они представляют собой водные суспензии, на дно водоемов.

В результате осаждения большого количества аэрозолей в черте городов в их почвах и растениях повышены концентрации многих химических элементов, и в первую очередь металлов. Так, в относительно небольшом городе Новороссийске (менее 500 тыс. жителей), где практически отсутствуют металлургические предприятия, превышение содержания в почвах металлов по отношению к фоновому содержанию составляет на 36 км2: Sr – 2200, Zn –

1190, Pb – 1000, Cu – 262, Sn – 43, Mo – 7, Ag – 1 т.

Резкое повышение концентрации металлов в городских почвах наблюдается во всех крупных городах мира. Наиболее сильно увеличивается концентрация металлов в городах с преобладанием металлургических и химических предприятий.

Растительные и животные организмы (включая людей), живущие или находящиеся продолжительное время в таких городах становятся более подверженными различным заболеваниям. У растений развиваются хлороз, некроз, суховеточность и суховершинность. У людей чаще всего возникают различные аллергические заболевания, а также болезни дыхательных путей и легких. Аллергические заболевания и болезни дыхательных путей (например, силикоз) часто вызываются также многими видами пыли антропогенного происхождения. При дальнейшем повышении концентрации тяжелых металлов, осаждающихся из аэрозолей, возникают расстройства нервной системы, начинает проявляться четкая корреляция числа онкозаболеваний с концентрацией металлов. Ионы и частицы тяжелых металлов вызывают образование в крови токсических продуктов биохимических реакций. Особенно распространенными заболеваниями являются токсичные отравления свинцом, кадмием, алюминием, бериллием и их соединениями.

Нужно заметить, что отрицательное воздействие какого-либо загрязняющего вещества не всегда пропорционально его массе. Так, миллиграммы свинецсодержащих аэрозолей, находящихся в атмосфере городов и попадающие через легкие в организм человека, гораздо опаснее килограммов природных глинистых частиц, переносимых в виде аэрозолей.

Кроме того, атмосферная пыль и аэрозоли ослабляют солнечное излучение в результате рассеяния, отражения и поглощения лучистой энергии. При достаточно длительном сохранении интенсивных загрязнений атмосферы это приводит к понижению температур и локальным изменениям климатических условий, что наиболее заметно в крупных городах и промышленных центрах. Пыль и аэрозоли оказывают также заметное влияние на здоровье человека, состояние флоры и фауны. Так, снижение потока солнечного излучения уменьшает образование под действием УФ-лучей витамина D3, недостаток которого вызывает заболевания рахитом. УФ-лучи оказывают также стерилизующее действие уничтожая некоторые микроорганизмы, поэтому их недостаток повышает риск инфекционных бактериальных заболеваний как человека, так и животных и растений.

Загрязнение атмосферы оказывает отрицательное воздействие не только на окружающую среду и человека, но и в ряде случаев оказывает значительное влияние на процесс эксплуатации технических средств. Взвешенная в воздухе пыль адсорбирует ядовитые газы, образуя плотный, токсичный туман (смог), который увеличивает количество осадков. Насыщенные серни-

19

стыми, азотистыми и другими веществами, эти осадки образуют агрессивные кислоты. По этой причине скорость коррозионного разрушения машин и оборудования во много раз увеличивается. Атмосферные загрязнения ускоряют разрушение строительных материалов, резиновых, металлических, тканевых и других изделий. При соответствующем составе и концентрации они могут явиться причиной гибели растений и животных.

Поскольку при поступлении в окружающую среду вредных компонентов в составе газопылевых выбросов растительный покров является барьером, задерживающим техногенные потоки поступающие в почву, выделяют зоны загрязнения и для растительного покрова. Экстремальные воздействия газопылевых выбросов в конечном счете ведут не только к гибели растений, но и эрозии и дефляции почв. В гумидных зонах в результате загрязнения значительно повышается кислотность почв, увеличивается концентрация токсичных веществ в почвенно-грунтовых водах, водах подчиненных ландшафтов, реках, пруда, озерах. Зона максимального загрязнения почвенного покрова, угнетения и гибели растений за счет газопылевых выбросов имеет протяженность до 5-10 км от источника выбросов, а нередко до нескольких десятков километров. Под влиянием атмосферного загрязнения в значительной степени изменяется также флористический состав разных типов растительности: лиственных и хвойных лесов, болот, луговых угодий.

Конкретным примером изменения природной среды в зонах воздействия газопылевых выбросов предприятий цветной металлургии могут служить медеплавильный завод (Средний Урал) и Норильский горнометаллургический комбинат. Визуальная оценка состояния растительности показывает, что по степени деградации растительного покрова вокруг медеплавильного завода выделяются четыре зоны: с отсутствием или сильным угнетением растительности (зона «техногенной пустыни»); средне угнетенная с наличием травянистого покрова; слабо угнетенная, характеризующаяся суховершинностью хвойных пород деревьев; неповрежденная (фоновая). Исследования по определению содержания элементов-поллютантов в растениях показали, что площадь первой зоны составляет в среднем 1,7 тыс. га. На территории «техногенной пустыни» естественный растительный покров отсутствует. Протяженность переходной к фоновой зоне значительно варьирует для разных элементов и почти в 10 раз превышает площадь первой зоны. Общая площадь загрязненных почв и растений составляет около 19 тыс. га.

При газопылевых выбросах поступление тяжелых металлов в растения может происходить как воздушным путем с пылью, оседающей на листья и стебли, так и за счет поглощения из почвы вследствие повышения в ней содержания доступных растениям соединений тяжелых металлов. По опубликованным данным, вместе с пылью на поверхности листьев вблизи источника может оседать около 30 % от общего количества тяжелых металлов. В понижениях рельефа и с наветренной стороны это количество может возрастать до 60 %. По мере удаления от источника роль атмосферного загрязнения заметно уменьшается.

Растения неодинаково накапливают тяжелые металлы и обладают определенными защитными функциями от неблагоприятных воздействий, в том числе от газопылевых выбросов, содержащих токсичные для растений компоненты. Об этом свидетельствуют соотношения накопления меди в почвах и растениях. Если содержание меди в загрязненных почвах вблизи завода увеличивается в 25-40 раз по сравнению с фоном, то возрастание содержания меди в растениях не столь значительно: от 4-х кратного (хвоя сосны) до 9-ти

20

кратного (в хвоще). Хвоя сосны и ели на загрязненной территории накапливает меньше меди, чем кора.

Наиболее устойчивы к загрязнению травянистые рудеральные фитоценозы (т.е. растущие на мусорных свалках, пустырях), образованные сорными видами разнотравья (мать-и-мачеха, хвощ, латук, пырей). Из древесных пород в насаждениях наиболее устойчивы к загрязнению береза, ива, осина; из хвойных

– сосна. Из естественных фитоценозов наиболее устойчивы к загрязнению со- сново-березовые, злаковые и разнотравные ассоциации. Наиболее активными накопителями тяжелых металлов являются мхи, лишайники, грибы.

Таким образом, при загрязнении атмосферы газопылевыми выбросами промышленных предприятий на величину концентрации вредных примесей влияют скорость и направление ветра, влажность и температура воздуха, особенности рельефа и характер поверхности. Растительность же может служить индикатором загрязнения окружающей среды.

Устойчивость природных систем

Характер и степень влияния загрязняющих веществ на общую экологическую обстановку, отдельные биогеоценозы и компоненты биосферы неодинаковы в различных природных зонах. Природные экосистемы обладают способностью противостоять как колебаниям обычных природных факторов, так и изменениям условий существования под влиянием антропогенных воздействий.

При экологических исследованиях широко используется понятие «устойчивость»: устойчивость вида, устойчивость сообщества или ландшафта. В наиболее общем понимании устойчивость – способность системы сохранять свои свойства при внешних воздействиях. Под одним термином «устойчивость» часто понимают два явления: 1) нечувствительность объекта к внешнему воздействию (или резистентность) и 2) способность системы возвращаться в исходное состояние после прекращения воздействия.

Равновесие в живой природе существует как между организмами сообщества, так и между организмами и окружающей их средой. Равновесие между организмами и окружающей их неживой средой называется естественным, при этом экосистема сохраняет свое стабильное состояние и некоторые параметры неизменными, несмотря на внешнее воздействие. Это равновесие не статично, а динамично, представляя движение вокруг точки устойчивости. Если эта точка не меняется, то такое состояние называется гомеостазом (“гомео” – тот же, “стасис” – состояние). Гомеостаз – механизм, посредством которого живой организм, противодействуя внешним воздействиям, поддерживает параметры своей внутренней среды на таком постоянном уровне, который обеспечивает нормальную жизнь. Переход от одного устойчивого равновесия к другому через неравновесные точки, т.е. под воздействием внешних изменений называется устойчивым развитием.

В природе менее устойчивые экосистеме сменяются на более устойчивые. Их смена определяется тремя факторами: 1) упорядоченным процессом развития экосистемы – установлением в ней стабильных взаимоотношений между видами; 2) изменением климатических условий; 3) изменением физической среды под влиянием жизнедеятельности организмов, составляющих экосистему.

Последовательная смена во времени одних экосистем другими на определенном участке земной поверхности называется сукцессией (от лат. “преемственность”). Сукцессии подразделяются на первичные и вторичные. Первичные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где условия су-

21

ществования поначалу не являются благоприятными. Вторичные сукцессии проходят на участке, в предшествующее время уже занятом хорошо развитым сообществом (под влиянием внутренних факторов – жизнедеятельности организмов), или под воздействие внешних причин (стихийных бедствий – пожаров, наводнений, или в результате деятельности человека). Если сукцессия происходит вследствие внутренних взаимодействий, то ее называют аутогенной, если она является результатом внешнего воздействия – аллогенной.

Примером первичной сукцессии является зарастание песчаных дюн или лавовых потоков. Сначала на голых дюнах появляются самые неприхотливые растения, которые мы обычно называем сорняками. Это растенияпионеры. Затем появляются кустарники, потом – сосна, а после этого лиственные породы деревьев. Вместе с первыми растениями появляются и первые насекомые (например, кузнечики, как растительноядные) и пауки (как хищники). Потом к первым поселенцам прибавляются муравьи, жуки, бабочки и т.д. Вслед за насекомыми появляются птицы и мелкие млекопитающие, а затем и крупные животные. Развитие, начавшееся в сухом и бесплодном месте, заканчивается образованием стабильной лесной экосистемы с мощной, богатой гумусом почвой, с разнообразным животным миром. Главную роль в развитии экосистемы играют растения. Вызываемые ими изменения в почве служат основой для смены видового состава сообщества.

Примером вторичной сукцессии под влиянием внутренних факторов может служить процесс зарастания озера. Под воздействием жизнедеятельности населяющих его организмов озеро медленно наполняется мертвым органическим веществом. Кроме того, в озеро могут поступать осадочные материалы. Постепенно глубина озера уменьшается и, в конце концов, оно превращается в болото, а затем и в сушу. Скорость процесса зарастания зависит от начальной глубины озера и отскорости образования органического вещества.

Таким образом, сукцессии проходят через фазу обнажения (появления незаселенного пространства), миграции (заселения ее первыми поселенцами

– пионерами), колонизации и приспособления к конкретным условиям оби-

тания, соревнования (конкуренции с вытеснением ряда видов-пионеров) и реакции (обратного воздействия сообществ на биотоп и условия среды) к стабилизации. Стабильное, устойчивое состояние сообщества, адаптированного к внешним условиям, называется климаксом. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном пространстве, называется серией; пе-

реходные сообщества – сериальными стадиями или стадиями развития.

Для развития сообществ необходим длительный период времени. Так для зарастания песчаной дюны – около 1000 лет, для возобновления леса на месте вырубленного – от 100 до 200 лет, для восстановления нарушенного растительного покрова степи – более 50 лет, т.е. скорость изменений в природных экосистемах очень мала.

Сукцессия представляет собой естественный процесс развития экосистемы. Всовременных условиях происходит постоянный рост антропогенной нагрузки на природные экосистемы, что приводит к относительно быстрым изменениям их структуры, которыепринятоназыватьэкологическимимодификациями.

Анализ изменений в отдельных элементах биоценоза не может дать представлений об адаптационных реакциях биоценоза в целом. Это позволяет сделать оценка комплекса целенаправленных, высокоорганизованных процессов непрерывного обмена веществом и энергией между биоценозом и его средой, которая носит название метаболизма биоценоза. Увеличение интенсивности

22