РАСПРЕДЕЛЕНИЕ И ОСОБЕННОСТИ БИОГЕОЦЕНОЗОВ НА ЗЕМЛЕ

Распределение биогеоценозов на планете, как и их формирование, зависит от условий их существования. Известный эколог Ю. Одум предложил различать следующие экосистемы (биогеоценозы) Земли.

Мировой океан. Океаны, их четыре, в совокупности составляют Мировой океан, занимающий почти 70 % поверхности Земли. В нем содержится около 96,5 % общих запасов воды (табл. 3).

3. Водные ресурсы на Земле

Источники

Объем, тыс. км3

Доля мировых запасов, %

от общих запасов воды

от запасов пресной воды

Мировой океан

1338000

96,5

Подземные воды

23400

1,7

В том числе пресные

10530

0,76

30,1

Ледники и снежный покров

24064,1

1,74

68,7

Подземные льды

300

0,022

0,86

Воды озер

176,4

0,013

В том числе пресные

91

0,007

6,26

Воды болот

11,47

0,0008

0,03

Воды в руслах рек

2,12

0,0002

0,006

Биологическая вода

1,12

0,0001

0,003

Воды атмосферы

12,9

0,001

0,04

Общие запасы

1385984,61

100

Пресные воды

35029,21

2,53

100

Основные характеристики среды экосистемы Мирового океана:

  • 1) глобальность размеров и огромные глубины, освоенные жизнью;
  • 2) непрерывность, поскольку все океаны связаны друг с другом;
  • 3) постоянная циркуляция воды (наличие сильных ветров, дующих на протяжении всего года в одном и том же направлении, наличие глубинных течений);
  • 4) господство разных волн и приливов, которые вызваны притяжением Луны и Солнца и обусловливают заметную периодичность жизни сообществ;
  • 5) соленость и буферность;
  • 6) наличие растворенных биогенных элементов, которые, являясь лимитирующими факторами, определяют размеры популяций.

Океан следует рассматривать как гигантскую экосистему, взаимосвязанную и взаимообусловленную геофизическими и геохимическими процессами, а также явлениями глобального масштаба. Океанические воды коренным образом отличаются от вод суши своими свойствами и особенностями. Помимо общей массы и толщины океаносферы это связано с более высоким содержанием в них растворенных солей (35 г/л) по сравнению с водами суши (менее 1...2г/л), а также относительным постоянством солевого состава. В океане перемешивание осуществляется на любой глубине. Если бы воды океана не обладали этим свойством, был бы затруднен водообмен в огромной их толще, а при недостатке кислорода не могло бы происходить окисление органических и неорганических веществ в глубинных и придонных водах, в донных осадках. Как следствие, жизнь была бы возможна только в самых верхних слоях. Но это, как известно, не так.

Перемешивание, причем активное, океаносферы способствует тому, что в глобальный обмен энергии и веществ вовлекается вся толща вод. При этом океаносфера, обладая огромной массой, большим количеством теплоты, растворенных газов, минеральных и органических веществ, регулирует глобальный обмен. Поглощая или выделяя тепло, влагу и газы, океаносфера поддерживает динамическое равновесие в природе. В то же время на дне Мирового океана происходит накопление и преобразование огромной массы минеральных и органических веществ. Именно поэтому геологические и геохимические процессы, протекающие в океанах и морях, оказывают очень сильное влияние на всю земную кору.

Как ни удивительно, по своей структуре и динамике процессов океаносфера наиболее близка к атмосфере. Однако ее масса в 300 раз больше массы воздуха, поэтому в ней намного выше общее содержание энергии и веществ. Более сильно и влияние океаносферы на формирование и изменение природы всей планеты. Интересно, что если океанические воды покрывают почти 3/4 поверхности планеты толщиной в среднем около 3800 м, то высота всей атмосферы не превысит Юм, если всю ее «сжать» до плотности воды.

Итак, Мировой океан представляет собой огромную экосистему со специфическим геологическим и геоморфологическим строением, геохимическими и физико-химическими процессами, протекающими в толще вод и донных отложениях.

Океаны и моря — это наиболее плотно, но неравномерно заселенные биогеоценозы: наряду с зонами богатыми жизнью имеются и большие пустынные акватории. Отсюда экосистемы морей и океанов сильно различаются по качественному и количественному составу растительного и животного мира, а также по биомассе и продуктивности.

Эстуарии и морские побережья (полоса между морями и континентами). Характеризуются особыми экологическими признаками. Будучи своеобразной переходной зоной, они насыщены жизнью, которая включает многие тысячи видов, не встречающихся ни в открытом море, ни в пресных водах. Тем самым эстуарии и морские побережья отличаются самыми продуктивными биоценозами. Их основные особенности: 1) интенсивная циркуляция питательных веществ и конечных продуктов обмена, обусловленная приливами и отливами; 2) весьма тесные контакты автотрофов и гетеротро- фов; 3) высокая круглогодичная первичная продукция; 4) огромное разнообразие растительных организмов и жизненных форм.

Ручьи и реки. Это особые биогеоценозы пресных проточных вод. Хотя их площадь невелика в сравнении с таковой океанов и суши, они наиболее полно эксплуатируются человеком. Для организмов этих биогеоценозов важное значение приобретает подвижность воды (течение), способствующая перемешиванию, а также поступлению органического вещества из примыкающих озерных и наземных экосистем.

Озера и пруды. Характеризуются наличием стоячей пресной (иногда соленой) воды. Видовое разнообразие в пресноводных биоценозах невелико. Для всех озер и прудов свойственна достаточно четкая зональность и стратификация, т. е. разделение водной толщи на слои различной плотности, что препятствует перемешиванию вод. Озера подразделяют на олиготрофные (малопродуктивные) и эвтрофные (высокопродуктивные).

Пресноводные болота. Им присущи периодические колебания уровня воды: потенциально они обладают высоким плодородием и стабильностью. По ходу естественной сукцессии болота вытесняются наземной древесной растительностью. Этот процесс ускоряется, если в болоте не происходят колебания уровня воды, а также отсутствуют процессы, которые способствуют распаду накопленных органических веществ (органические осадки, торф).

Педосфера. Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку — педосферу. По В.И. Вернадскому, почва — это биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных (неорганических) тел — минералов, воды, воздуха, органических остатков.

Толщина почвы в среднем составляет 18...20 см, хотя в различных районах суши может колебаться от нескольких сантиметров до 1,5...3 м. Плодородный слой почвы формировался на протяжении тысячелетий вследствие взаимодействия воды, воздуха, тепла, растительных и животных организмов (прежде всего микроорганизмов) с почвообразующей горной породой.

Минеральный состав почвы включает в себя кремнезем (около 50 %), глинозем (до 25 %), оксиды железа, магния, калия, фосфора и кальция (до 10%). Поступающие в почву с растительным опа- дом органические вещества содержат углеводы, белки, жиры, а также конечные продукты обмена — смолы, воск, дубильные вещества. Все эти вещества в почве под действием разных факторов минерализуются, т. е. превращаются в относительно простые неорганические вещества (диоксид углерода, аммиак и др.), а частично трансформируются в более сложные соединения — перегной или гумус.

Плодородие — важнейшее свойство почвы. Это способность обеспечивать растения в период их жизнедеятельности водой, питательными веществами и воздухом. Развитию этих свойств способствуют живые организмы (растения, животные и микроорганизмы), связанные с почвой и составляющие вместе с ней сложные экологические системы — биогеоценозы.

Почва состоит из множества биогеоценозов (экосистем) — ландшафтов, основными взаимосвязанными компонентами которых являются горные породы, растения, животные и микроорганизмы.

Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Почва пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней формируются самые разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов. В почве сглажены температурные колебания по сравнению с приземным слоем воздуха, а наличие грунтовых вод и проникновение осадков создают запасы влаги и обеспечивают режим влажности, промежуточный между водной и наземно-воздушной средой.

Одно из важнейших свойств почвы — ее структура. Она обусловлена совокупным действием органических и минеральных почвенных коллоидов, склеивающих элементарные частички почвы и способствующих образованию комочков структурных агрегатов различной формы и величины.

В почве выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам: 1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт, в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вымывания, или иллювиальный, где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества; 3) материнская порода, или горизонт, материал которой преобразуется в почву.

Структурные горизонты почв благодаря их рыхлому сложению хорошо осваиваются корневыми системами и обеспечивают растения водой, воздухом и элементами питания.

В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и остатками животных. Поэтому в ней постоянно обитает огромное количество организмов различных групп. На 1 м2 почвы встречается несколько десятков тысяч червей и мелких членистоногих. Помимо них в почве живут разные млекопитающие — мышевидные грызуны, кроты, суслики и др. В таком малом количестве почвы, как 1 г ее, содержатся сотни миллионов бактерий, многие тысячи простейших. По усредненным данным почвенная зообиомасса составляет, кг/га: в хвойных лесах — 200, в лиственных лесах — 1000, в пустыне — 10.

Почвенные обитатели в результате своей жизнедеятельности производят большую почвообразовательную работу. Так, они перемешивают различные ее слои между собой, переносят в глубину почвы органические вещества, разлагают и минерализуют листовой опад, отмершие организмы и др.

Почвенная фауна перерабатывает около 25 % вещества лесного опада. В саду на 1 м2 находится в среднем 400 дождевых червей (общая масса которых около 80 г), способных отложить за сезон на поверхности почвы до 1 см органических остатков и грунта. Особо важную роль среди бактерий выполняют нитрифицирующие: нитросомонас, нитробактер и др. В аэробной (кислородсодержащей) среде они окисляют аммиак до солей азотистой (нитриты) и азотной (нитраты) кислот. Напротив, в анаэробных условиях протекает обратный процесс — денитрификация, который связан с восстановлением солей азотной кислоты.

Отметим, что в верхних слоях почвы обитает основное количество организмов, каждый из которых выполняет определенную функцию: дождевые черви, личинки насекомых, клещи разрыхляют почву, способствуют ее аэрации, удобряют ее своими выделениями; бактерии минерализуют органические вещества, исполняя роль санитаров; простейшие уничтожают избыточное количество бактерий.

По целому ряду экологических особенностей почва представляет собой среду, промежуточную между водной и наземно-воздушной. С водной средой почву сближают температурный режим, пониженное содержание кислорода в почвенном воздухе, насыщенность последнего водяными парами и наличие воды в других формах, присутствие солей и органических веществ в почвенных растворах, а также возможность для обитателей почвы передвигаться в трех измерениях.

С воздушной средой почву объединяют прежде всего наличие почвенного воздуха, а также довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев и угроза иссушения в верхних горизонтах.

Рассмотренные особенности позволяют сделать вывод о том, что, несмотря на существенную неоднородность экологических условий в почве, она достаточно стабильная среда, по крайней мере, для относительно подвижных организмов. Последние путем незначительных перемещений способны обеспечивать себе существование приемлемой экологической обстановки.

Вся совокупность физических и химических свойств почвы, способных оказывать экологическое воздействие на живые организмы, относится к эдафическим факторам. Они имеют важное значение для тех организмов, жизнь которых тесно связана с почвой. Это касается в первую очередь животных — постоянных или временных обитателей почвенного покрова. Для растений важность почвы определяется тем, что она представляет собой опору для большинства наземных и водных видов и из нее растительные организмы получают необходимые для жизни минеральные вещества и воду.

Почвенный покров Земли не только питает растения, но и выполняет ряд функций, связанных с естественным биогеохимичес- ким круговоротом веществ: минерализация остатков организмов, органических веществ; аккумуляция и распределение энергии, прошедшей через фотосинтез растений; формирование стока речной воды и химического состава суши. Экологическое значение почвы состоит и в том, что она играет роль связующего звена, своего рода посредника между живой и неживой природой, атмосферным воздухом, водой и недрами.

Следует отметить уникальную особенность почв — способность к самоочищению. Это процесс естественного разрушения загрязнителя в почве в результате природных физических, химических и биологических процессов. При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее в биотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологической активности. Иногда загрязнители вначале адсорбируются неорганическими веществами — компонентами почв, а лишь затем разлагаются организмами. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно.

Способность почвы к самоочищению имеет огромное значение для проживающих в ней организмов и связанных с ними других компонентов биосферы.

Итак, почва — гигантская экологическая система, оказывающая, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ и переносе энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли и выполняет другие функции планетарного масштаба.

Лес. Самыми распространенными и наиболее ценными среди всех типов наземных экосистем являются лесные. Запасы растительной массы в лесных экосистемах составляют 82 % фитомассы планеты, т. е. более 1500 млрд т. Общая лесная площадь составляет более 4 млрд га, или 30 % площади суши. Доля северных хвойных лесов (в основном это Россия, Канада и США) составляет 14...15%, тропических — 55...60 %. Лесные площади и ресурсы древесины на душу населения соответственно в Канаде — 9,4 га (815 м3), России —5,2 (560 м3), Финляндии — 4,9 (351 м3), Швеции—2,5 (313 м3), США —0,9 га (88 м3). Общая площадь земель лесного фонда России по состоянию на 01.01.93 г. составляла 11,81 млн км2, или 69 % суши страны (по Ю. В. Новикову, 1998). Россия обладает почти 25 % мировых запасов древесины и 50 % ценных хвойных лесов мира.

Распределение лесов при движении с севера на юг следующее: сразу от тундры начинаются обширные вечнозеленые хвойные леса, затем располагаются лиственные (листопадные), далее следуют вечнозеленые, а также сбрасывающие листву (на период засух) тропические леса.

В лесах произрастает более 1 тыс. видов деревьев, кустарников и лиан, под пологом которых находятся многолетние и однолетние травянистые растения, мхи, лишайники, плауны, хвощи, папоротники, грибы. Ежегодно в процессе фотосинтеза леса производят огромное количество (около 100 млрд т органической массы) веществ — кислот, смол, сахаров, витаминов, фитонцидов и др. Из лесного сырья производят более 200 тыс. наименований различных продуктов. Лесным биогеоценозам свойственен своеобразный тип обмена веществ и энергии. Они существенно влияют на почвообразование, климат, гидрологический режим (влаго- оборот) и др. Являясь од> им из самых мощных аккумуляторов живого вещества в биосфере, лес активно взаимодействует с атмосферой и определяет уровень обмена кислородом и диоксидом углерода.

Неоценима роль леса в возобновлении кислорода атмосферы. Установлено, что более 60 % биологически активного кислорода в кислородном балансе планеты вырабатывается лесными экосистемами; остальные 40 % обеспечивает растительность морей, океанов и культурных агроэкосистем. Лес очищает воздух от пыли, осаждая ее на поверхности листьев и переводя далее с потоками дождевой воды в почву: за год 1 га леса осаждает из воздуха

50...70т пыли.

Лесные экосистемы регулируют интенсивность снеготаяния и уровень воды в реках, стабилизируют состав атмосферы, значительно снижают скорость ветра, сохраняют под пологом леса фауну и микроорганизмы. Многие растения выделяют фитонциды, которые подавляют развитие болезнетворных организмов и тем самым оздоровляют окружающую среду. Лес поглощает шумы, а пребывание в нем успокаивает нервную систему, содействуя восстановлению работоспособности и хорошего настроения у людей.

Леса служат местом активного отдыха и туризма. Появились даже понятия «рекреационные леса» (леса отдыха), увеличилось количество и расширились площади национальных, народных парков и заповедников, отражающих и сохраняющих типичные экосистемы леса и представляющих интерес как для науки, так и для отдыха и здоровья человека. Ныне признается, что по многим важнейшим для человека свойствам лес вполне сопоставим с Мировым океаном.

Пустыни. Это вид биогеоценозов в тех районах, где за год выпадает менее 250 мм осадков или в областях с весьма жарким климатом и нерегулярными осадками. Существует мнение, что все пустыни мира (их площадь около 10 млн км2, или 6,7 % поверхности суши) возникли в результате прямого или косвенного воздействия человечества на природу.

Тундры. Это биогеоценозы, которые занимают положение между лесами и Ледовитым океаном. Они сложились в условиях холодного влажного климата и наличия в почве многолетней мерзлоты. Это своеобразные арктические пустыни, в которых обитают специфические растения и хорошо приспособленные к местным условиям животные. Для них характерен очень высокий темп продуктивности в течение короткого лета. В то же время экосистемы тундр очень уязвимы. Их хрупкость обусловлена короткими пищевыми цепями (например, лишайники и травы олень -> волк).

Травянистые ландшафты. Это степные биогеоценозы, которые формируются в областях, где среднее годовое количество осадков лежит в пределах от 250 до 750 мм, т. е. выше, чем в пустынях, и ниже, чем в лесах. Животные и растения, слагающие степные биогеоценозы, существенно различаются в зависимости от климатической зоны.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >