Природные экосистемы являются не только динамичными, но и устойчивыми системами. Под устойчивостью понимается способность природных экосистем противостоять внешним возмущениям и возвращаться в исходное состояние после воздействия факторов, выводящих их из равновесия, благодаря чему они сохраняют свою целостность и стабильность неопределенно долгое время. Об этом свидетельствует существование в течение многих тысячелетий наиболее крупных экосистем Земли (биомов): тундры, тайги, влажных тропических лесов, саванны и т. п. Благодаря устойчивости экосистем сохраняется удивительное разнообразие жизни на нашей планете и оказывается возможным само существование человека как биологического вида.
Устойчивость природных систем основывается на следующих основных принципах их функционированиях:
1. В природных экосистемах используется «экологически чистая» и практически неисчерпаемая энергия солнца.
2. Поступление ресурсов и утилизация отходов в природных экосистемах осуществляется в процессе круговорота веществ. Последовательно продвигаясь по пищевой цепи, вещества, являющиеся отходами одного трофического уровня, служат ресурсами для организмов другого трофического уровня. При этом атомы биогенов (элементов, необходимых для жизнедеятельности) не исчезают и не возникают, а также не превращаются один в другой. Благодаря этому они могут использоваться бесконечно долго в самых различных сочетаниях.
3. В естественных экосистемах на каждом трофическом уровне ассимилируется лишь небольшая часть энергии предыдущего трофического уровня. Поэтому в природных экосистемах на концах длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы.
4. Видовое разнообразие природных экосистем должно быть достаточным для эффективного функционирования механизмов саморегуляция и поддержания их гомеостаза. Благодаря процессу саморегуляция, все виды, составляющие естественные биоценозы, существуют совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность каждого из них определенными пределами.
Несоблюдение любого из перечисленных условий приводит к нарушению устойчивости экосистемы, ее разрушению и гибели. Понимание механизмов устойчивости экологических систем позволяет человеку осуществлять свою хозяйственную деятельность в соответствии с восстановительными способностями биосферы. На знании этих механизмов основывается деятельность человека по сохранению природных ресурсов и прогнозирование экологического состояния создаваемых им искусственных систем.
Агроценозы
Агроценоз — растительное сообщество, создаваемое человеком путем посева или посадки возделываемых растений. Агроценоз является одним из видов искусственных экосистем, или антропоэкосистем, в которых ведущим экологическим фактором является сам человек. К ним относятся также городские экосистемы (урбанценозы). В настоящее время, в связи с возрастающим влиянием на природу антропогенного фактора, антропоэкосистемы занимают все большую часть биосферы. От природных экосистем агроценозы отличаются очень низкой экологической устойчивостью, что обусловлено следующими их особенностями:
1. Для поддержания существования агроценозов, кроме энергии солнца, необходимы дополнительные энергетические затраты в виде обработки почвы, внесения в почву удобрений, пестицидов, орошения ит. п.
2. Значительная часть ресурсов агроценозов изымается человеком с урожаем, в результате чего круговорот веществ в них становится незамкнутым.
3. Видовой состав агроценозов весьма беден. Лишь пять видов растений — пшеница, рис, кукуруза, соя и сахарный тростник — обеспечивают более 80 % всей пищи, потребляемой человеком. Обычно их возделывают как монокультуры. Им сопутствуют сорняки — природные растения, которые приспособились жить в условиях измененной среды, и животные — вредители сельскохозяйственных культур.
4. Доминирующие виды растений и домашних животных агроценозов находятся под контролем искусственного отбора, направленного на достижение их максимальной продуктивности. В природных же биогеоценозах действует естественный отбор, благодаря которому достигается взаимная адаптация видов друг к другу и к изменяющимся условиям среды. Отсутствие естественного отбора и низкое видовое разнообразие растений агроценозов служит главной причиной их высокой подверженности пагубному влиянию сорняков и вредителей.
Существование агроценозов всецело связано с воздействием человека. Если оно прекращается, искусственное растительное сообщество сменяется природной растительностью. В настоящее время в сельском хозяйстве наметились тенденции, направленные на повышение устойчивости агроценозов путем совместного возделывания нескольких культур, уменьшения размеров сплошных посевных площадей, чередования их с лесопосадками и пастбищами; использование для борьбы с сорняками и вредителями растений биологических мер, отказ от глубокой вспашки. Эти мероприятия способствуют созданию агроценозов по своим показателям, приближающимся к природным экосистемам.
Большинство агроценозов, строго говоря, нельзя рассматривать как экосистему, так как они не способны самовозобновляться и могут существовать только при постоянном воздействии человека. В наибольшей мере, свойства экосистемы присущи агроценозам, создаваемым из долгоживущих лесных растений.
Биосфера
Границы биосферы
Биосфера — оболочка Земли, в той или иной степени преобразованная настоящей или прошлой деятельностью живых организмов. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, называют современной биосферой.
Первоначально термин «биосфера» был предложен австрийским геологом Э. Зюссом для обозначения тонкой пленки жизни, покрывающей земную поверхность. Позднее русский ученый В. И. Вернадский создал учение о биосфере как глобальной системе нашей планеты, в которой основной ход геохимических и энергетических превращений определяется живым веществом, т. е. совокупностью всех живых организмов планеты. В биосфере проходят поверхности раздела между веществами, находящимися в трех фазах — твердой, жидкой и газообразной, на границах которых, благодаря мощному потоку солнечной радиации, происходит активный обмен веществом и энергией, что послужило предпосылкой для возникновения и дальнейшего развития жизни. Биосфера включает верхнюю часть литосферы, гидросферу, тропосферу и нижнюю часть стратосферы (рис 20.1).
Литосфера — внешняя твердая оболочка земного шара. Верхняя часть литосферы состоит из вторичных осадочных горных пород (песка, глины и др.), образованных наносами частиц, разрушенных выветриванием материнских пород (гранита и базальта). Гидросфера образована всей совокупностью океанов и морей, которые называют Мировым океаном, а также озер и рек. Атмосфера — газовая оболочка, окружающая Землю. Атмосфера простирается на высоту около 100 км. Нижний ее слой, высотой в среднем 15 км, называется тропосферой. Над ним расположен слой стратосферы, который на высоте более 50 км сменяется ионизированной частью верхней атмосферы — ионосферой, постепенно переходящей в межпланетное пространство.
Границы биосферы определяются наличием условий, необходимых для жизни организмов. Верхняя граница биосферы образована озоновым слоем, расположенным на высоте 20—25 км. Все живое, проникающее выше озонового слоя, задерживающего жесткое ультрафиолетовое излучение солнца, погибает. Нижняя граница биосферы опускается в глубь литосферы до 3 км. Проникновению жизни на большую глубину препятствует высокая температура земных недр.