3.Распространение продукции на Земле

Как отмечалось на границе атмосферы на 1 кв. см поверхности за 1 мин. поступает 2 калории (солнечная постоянная). Однако на поверхности планеты в различных ее частях количество поступившей энергии существенно отличается - оно увеличивается по мере продвижения от полюсов к экватору, что позволяет жить все большему количеству видов, накапливаться более значительной биомассе, повышаться продуктивности экосистем суши. С учетом правил формирования экосистем и взаимодействия видов живого в сообществах в каждом конкретном случае видов бывает столько, сколько необходимо для усвоения и переработки приходящей от Солнца энергии.

Обычно по средам обитания на нашей планете выделяют 2 основных типа экосистем: наземные (занимающие около 30% поверхности) и водные. Важнейшие крупные наземные экосистемы (биомы) выделяются по признакам растительных сообществ и климатических условий - пустынные, травянистые и лесные, которые в свою очередь с учетом климатических особенностей территории делятся на тропические, умеренных широт и холодные. Водные экосистемы выделяются по комплексам абиотических факторов, которые изменяются с глубинной. В целом наибольшей продуктивностью отличаются прибрежные водные экосистемы, а в глубоководных экосистемах и открытом океане продуктивность существенно ниже.

Все наземные сообщества по продуктивности Р. Уиттекер (1980) делит на 4 класса:

- сообщества высшей продуктивности – 2-3 кг/кв. м год. Это влажные тропические леса, посевы риса, плантации сахарного тростника (они отличаются и максимальным запасом биомассы – более 50 кг/ ) и поля некоторых сельскохозяйственных культур; здесь же наблюдается и максимальный прирост растительной массы за день – до 25 г/ .

- сообщества высокой продуктивности – 1-2 кг/ год. Это листопадные леса умеренной зоны, луга при внесении удобрений, посевы кукурузы; максимальная биомасса приближается к таковой сообществ первой группы;

- сообщества умеренной продуктивности - 0,25- 1 кг/ год, в т.ч. степные сообщества – 0,2-0,5 кг и посевы основной массы сельскохозяйственных культур;

- сообщества низкой продуктивности – ниже 250 г/ год. Это пустыни, полупустыни, тундры.

В водных экосистемах максимальная продуктивность характерна для коралловых рифов - 50,0-120,0 т/га год, в полярных морях она составляет 3-6 т/га год, а в центральной части океана лишь 0,5-2,5 т/га год.

Общая же чистая первичная годовая продукция органического вещества на Земле составляет 150-200,0 млрд . т. Из них примерно 2/3 образуются на суше и 1/3 в водных океанических экосистемах. Американские исследователи первичную продукцию Земли определяют в пределах от 70 до 280,0 млрд.т, с наиболее вероятной средней величиной около 140,0 млрд. т. - т.е. величиной примерно одного и того же порядка.

Общая вторичная продуктивность нашей планеты оценивается примерно в 4,0 млрд.т. год, из которых примерно 900 млн.т. образуется на суше и немногим более 3,0 млрд.т. в морских экосистемах. Из сухопутных экосистема наибольшей продуктивностью отличаются саванны ( около 300,0 млн.т.) и влажные тропические леса (260,0 млн.т.), а среди морских экосистем максимальное количество вторичной продукции образуется в открытом океане - около 2,5 млрд. т. год и около 500,0 млн.т. на континентальном шельфе и в эстуариях.

4.Агроэкосистемы: пути управления их продуктивностью.

Около 10,0 тыс. л. н. в результате кризиса перепромысла охотничьих животных человечество стало переходить к земледелию и скотоводству. Это стало величайшим событием, своеобразной технологической революцией того времени, поскольку:

- позволило получить значительно больше продукции, что создало предпосылки первой демографической революции. Если собирательство и охота могли обеспечить ресурсами существования около 10,0 млн. человек, то с совершенствованием приемов и способов обработки земли и технологии содержания скота численность населения смогли увеличиться многократно.

Вместе с тем развитие сельского хозяйства сопровождалось уничтожением на громадных пространствах естественных экосистем (распашка целины, сведение лесов и т.д.), не месте которых появились измененные человеком в результате сельскохозяйственного производства агроэкосистемы (поля, огороды, сады, пастбища), используемые для выращивания наиболее пригодных для питания растений и животных). Сейчас, например, на Земле используется около 80,0 тыс. съедобных растений, а кормят человечество только 30 сельскохозяйственных культур, в т.ч. пшеница, рис, кукуруза и картофель, которые дают больше продовольствия, чем все остальные вместе взятые). Естественные ландшафты заменились агроландшафтами, сформировались своеобразные агроэкосистемы.

Однако еще до начала 20 столетия агросистемы были довольно разнообразны, пашни и сенокосы перемежались с обширными пространствами целины, лесов и других естественных экосистем. Интенсивное сельскохозяйственное производство велось на сравнительно ограниченных пространствах; вся потребляемая человеком продукция трансформировалась в отходы, разрушаемые и перерабатываемые деструкторами до простейших веществ, самоочищение земель и вод осуществлялось полностью и круговорот веществ не нарушался – т. е. экосистемы имели довольно высокий уровень гомеостаза. Позднее ситуация существенно изменилась.

Воздействие резко увеличилось с середины 20 столетия, когда началось широкое внедрение т.н. интенсивных технологий, сопровождающихся эрозией и деградацией почвы. Современные агросистемы (близкие к естественным, интенсивные, промышленные) существенно отличаются от естественных:

- разным направлением отбора - естественный сменился искусственным, направленным на повышение урожайности;

- уменьшением экологического состава за счет введения монокультур, нередко даже односортовых;

- изменением ритмики продукционных процессов;

- уменьшением степени компенсаторности круговорота веществ, поскольку с урожаем изымается до 60% продукции;

- агроэкосистемы не способны к авторегуляции, они управляются человеком (открытые - полуоткрытые – управляемые).

Современные агроэкосистемы занимают громадные площади: пашни, например, 130-150 млн. га. (или 10% поверхности суши), луга и пастбища около 17% (220 млн. га.), еще около 320,0 млн. га. считаются потенциально пригодными для сельскохозяйственного освоения, но это освоение потребует крупных капиталовложений. Вместе с тем, растущие потребности все увеличивающегося населения планеты в продуктах питания (современное население за 20-25 лет потребляет столько продуктов питания, сколько было произведено за всю историю земледелия до середины 20 века), несомненно заставит осваивать и эту территорию.

В связи с этим проблемы повышения продуктивности агроэкосистем, управления сельскохозяйственным производством, минимизации его негативного влияния на окружающую среду, становится все более актуальными.

Максимальная продуктивность, как правило, достигается при оптимальных условиях роста и развития растений. Это можно обеспечить комплексом следующих мероприятий:

- внедрением системы севооборотов - т.е. чередования в пространстве и времени различных культур и в целом совершенствованием структуры посевных площадей;

- внедрением новых сортов и пород с высоким продуктивным потенциалом;

- совершенствованием системы обработки почв и технологии их выполнения;

- рациональным применением минеральных удобрений (особенно N2, P, микроэлементов) и органических (способствующих повышению гумусированности почв);

- мелиорацией почв – т.е. применением системы технических, агрономических и организационных мероприятий, направленных на преобразование неблагоприятных условий;

- рациональным применением средств защиты сельскохозяйственных культур (пестицидов около 2,5 млн. тонн в год);

- широким внедрением почвозащитных мероприятий;

- внедрением систем альтернативного (биологического, органического) или интегрированного земледелия;

- рекультивацией нарушенных земель;

- рационализацией использования лугов и пастбищ;

Все это позволит улучшить экологическое состояние агроэкосистем и повысить их продуктивность.

Лекция 9.

Тема: Динамика экосистем.

1. Циклические и направленные изменения экосистем.

2. Экологические сукцессии и их причины.

3. Общие закономерности сукцессий.

4. Проблемы устойчивости и продуктивности экосистем.

1.Циклические и направленные изменения экосистем.

Одной из характернейших особенностей экосистем любого ранга и их ком-

понентов является динамичность. Она проявляется как в жизнедеятельности каждого отдельного члена сообщества, их популяций так и биоценоза в целом, причем эти изменения могут захватывать как короткие промежутки времени, так и целые геологические эпохи. Однако все их многообразие можно свести к двум основным типам: циклическим и поступательным.

Циклическими являются суточные, сезонные и многолетние изменения, которые в основном связаны с ритмикой природных явлений. Они носят периодический характер, поскольку отражают периодичность внешних условий и проявления эндогенных ритмов организмов. Так, одни животные активны днем, другие в сумерки или ночью. В течение суток изменяются характер и интенсивность физиологических процессов растений (опыляются ночью или днем).

Суточные изменения наблюдаются также в водных экосистемах и почве. Как правило, они бывают выражены в сообществах всех природных зон, причем тем сильнее, чем резче изменяются температура, влажность и другие факторы среды днем и ночью. Вместе с тем, в течение суток могут происходить и периодические изменения активности и численности отдельных компонентов экосистем, связанные с действием нерегулярных факторов среды (сильных дождей, заморозков и др.)

Более значительные изменения в экосистемах наблюдаются при сезонной динамике, что обусловлено биологическими ритмами организмов. Сезонной изменчивости подвержена нередко и ярусная структура биоценозов. Так, некоторые виды на определенное время впадают в оцепенение, залегают в спячку, переходят в стадию диапаузы, другие неблагоприятные условия переносят в стадии яиц, спор, семян или мигрируют в другие регионы. Наиболее отчетливо сезонные ритмы выражены в регионах с контрастными условиями зимы и лета, хотя в слабой форме прослеживаются и в тропиках.

Следует отметить, что в процессе суточной и сезонной динамики целостность биоценозов обычно не нарушается, наблюдаются лишь периодические колебания качественных и количественных характеристик.

Нормальным явлением в жизни биоценозов являются и многолетние изменения, обусловленные изменениями по годам метеорологических условий (климатические флуктуации), особенностями жизненного цикла растений- эдификаторов (урожай или неурожай семян) или повторением массового размножения некоторых организмов. В связи с тем, что характер этих изменений в большинстве случаев относительно постоянен в течение длительного времени, в сообществах сформировались адаптации в соответствии с периодикой изменения условий среды.

Поступательные изменения в сообществах проявляются в замене одних биоценозов другими. Причиной их могут служить как внешние по отношению данному сообществу факторы, так и эндогенные, возникающие в результате процессов, происходящих внутри самого сообщества. В связи с этим и смены сообществ бывают экзогенными и эндогенными.