Смена экосистем под влиянием природных и антропогенных факторов.

Смена экосистем — это процесс преобразования их видового состава, структуры, условий среды и характера связей между организмами. Экосистемы не являются неизменными: они постоянно развиваются под влиянием природных процессов и деятельности человека. Изменения могут происходить постепенно, в течение десятилетий и столетий, либо быстро — за несколько часов или дней, например при пожаре, наводнении или техногенной аварии.

Основой смены экосистем является изменение условий существования организмов. Если меняются температура, влажность, освещённость, состав почвы, количество воды или доступность пищи, одни виды получают преимущества, а другие сокращают численность или исчезают. В результате формируется новое сообщество организмов.

Естественная последовательная смена одних сообществ другими называется экологической сукцессией. Она может быть первичной и вторичной.

Первичная сукцессия начинается на территории, где раньше практически не существовало жизни и отсутствовал сформированный почвенный слой. Это может происходить на застывшей лаве, обнажённых горных породах, песчаных наносах или участках, освободившихся после отступления ледника. Первыми такие места заселяют организмы, способные существовать в крайне неблагоприятных условиях: бактерии, водоросли, лишайники и мхи. Их называют пионерными видами. Они постепенно разрушают горные породы, накапливают органические остатки и участвуют в образовании почвы. Затем появляются травянистые растения, кустарники и деревья. Одновременно увеличивается разнообразие животных, грибов и микроорганизмов. В результате через длительное время может сформироваться зрелая и относительно устойчивая экосистема, например лес.

Вторичная сукцессия происходит на территории, где экосистема существовала ранее, но была частично или полностью нарушена. При этом почва, семена, корни растений, споры грибов и некоторые животные обычно сохраняются. Поэтому восстановление происходит быстрее, чем при первичной сукцессии. Примерами являются зарастание вырубки, восстановление леса после пожара, зарастание заброшенного сельскохозяйственного поля или восстановление растительности после наводнения.

К природным факторам смены экосистем относятся климатические изменения, пожары, наводнения, засухи, ураганы, извержения вулканов, землетрясения, оползни, деятельность организмов и естественные колебания численности популяций.

Изменение климата влияет на температуру, количество осадков и продолжительность сезонов. Например, при уменьшении количества осадков лесная экосистема может постепенно смениться степной, а степь — полупустыней. При повышении влажности и смягчении климата возможен обратный процесс. Изменения климата также заставляют многие виды перемещаться в более подходящие районы.

Пожары могут уничтожать растительность и животных, изменять состав почвы и освещённость территории. Однако в некоторых экосистемах периодические естественные пожары являются частью нормального развития. Они уничтожают накопившуюся сухую растительность, освобождают пространство для молодых растений и возвращают минеральные вещества в почву. Некоторые растения имеют семена или шишки, которые раскрываются под действием высокой температуры.

Наводнения изменяют русла рек, размывают почву, переносят ил и органические вещества. После спада воды на пойменных территориях часто формируются плодородные почвы и возникают новые сообщества растений. Засухи, наоборот, приводят к гибели влаголюбивых видов и распространению засухоустойчивых организмов.

Большое значение имеет и деятельность самих живых организмов. Например, бобры строят плотины, изменяют течение рек и создают пруды. На месте наземной экосистемы появляется водная или болотная. Растения изменяют состав почвы, создают тень и влияют на влажность. Травоядные животные регулируют количество растительности, а хищники — численность травоядных. Исчезновение одного важного вида может привести к значительным изменениям всей пищевой сети.

Антропогенными называются факторы, связанные с деятельностью человека. В современном мире они часто действуют быстрее и сильнее природных факторов. К ним относятся вырубка лесов, распашка земель, строительство городов и дорог, добыча полезных ископаемых, загрязнение окружающей среды, чрезмерная охота и рыболовство, создание водохранилищ, осушение болот, занос чужеродных видов и вызванное человеком изменение климата.

Вырубка лесов приводит к уничтожению мест обитания множества организмов. После удаления деревьев изменяются освещённость, влажность, температура и состав почвы. Усиливается эрозия, уменьшается способность территории удерживать воду и углекислый газ. Если вырубленный участок не восстанавливается, лесная экосистема может смениться лугом, степью или малопродуктивной территорией.

Сельскохозяйственная деятельность заменяет природные сообщества искусственными экосистемами — агроэкосистемами. На месте леса или степи создаются поля, сады и пастбища. Такие системы обычно отличаются небольшим видовым разнообразием и не могут долго существовать без участия человека. Им необходимы обработка почвы, внесение удобрений, орошение, борьба с сорняками и вредителями. Чрезмерная распашка, перевыпас скота и неправильное орошение могут привести к истощению почвы, эрозии, засолению и опустыниванию.

Строительство городов, промышленных объектов и дорог сопровождается уничтожением или разделением природных местообитаний. Разделение единой экосистемы на изолированные участки называется фрагментацией. Она затрудняет перемещение животных, обмен генетическим материалом и расселение растений. Небольшие изолированные популяции становятся более уязвимыми и могут исчезнуть.

Загрязнение воды, воздуха и почвы изменяет условия существования организмов. Выбросы промышленных предприятий и транспорта могут вызывать кислотные осадки, повреждение растений и изменение химического состава водоёмов. Попадание большого количества удобрений в воду приводит к бурному размножению водорослей. После их отмирания микроорганизмы расходуют растворённый кислород, из-за чего гибнут рыбы и другие водные животные. Этот процесс называется эвтрофикацией.

Особенно опасны вещества, которые медленно разлагаются и накапливаются в организмах. По пищевым цепям их концентрация может увеличиваться. В результате наибольшее количество токсинов получают крупные хищники, находящиеся на верхних уровнях пищевой цепи.

Чрезмерная охота, рыболовство и сбор растений нарушают численность популяций и пищевые связи. Исчезновение хищников может привести к резкому увеличению численности травоядных животных, которые уничтожают растительность. Сокращение насекомых-опылителей отрицательно влияет на размножение цветковых растений. Таким образом, изъятие даже одного вида способно вызвать цепную реакцию изменений.

Важным антропогенным фактором является распространение чужеродных видов. Попав в новую экосистему, они иногда не встречают естественных врагов и начинают быстро размножаться. Такие виды могут вытеснять местные организмы, поедать их, переносить заболевания и изменять среду обитания. Особенно уязвимы островные и водные экосистемы.

Создание плотин и водохранилищ также вызывает глубокие изменения. Наземные территории затапливаются, реки превращаются в участки со стоячей или медленно текущей водой, нарушаются пути миграции рыб, изменяется перенос песка и ила. Одновременно возникают новые водные и прибрежные сообщества. Следовательно, деятельность человека не просто уничтожает прежнюю экосистему, но и создаёт условия для формирования другой.

Антропогенное изменение климата усиливает многие природные процессы. Повышение средней температуры связано с таянием ледников, повышением уровня моря, изменением режима осадков, учащением сильной жары, засух и некоторых других экстремальных явлений. Виды, не успевающие приспособиться или переместиться, сокращают численность. Меняются сроки цветения растений, размножения животных и миграций птиц. Из-за этого могут нарушаться связи между организмами, например между растениями и их опылителями.

Природные и антропогенные факторы часто действуют совместно. Например, природная засуха становится более разрушительной, если территория ранее была обезлесена или подвергалась перевыпасу. Лес после естественного пожара может восстановиться, но при одновременной вырубке, загрязнении и изменении климата восстановление замедляется. Поэтому последствия воздействия зависят не только от силы отдельного фактора, но и от сочетания нескольких факторов.

Способность экосистемы противостоять изменениям и сохранять основные функции называется устойчивостью. Способность восстанавливаться после нарушения называется экологической резилиентностью. Обычно экосистемы с высоким биологическим разнообразием лучше приспосабливаются к изменениям, поскольку разные виды могут частично выполнять сходные функции. Однако устойчивость имеет предел. Если воздействие становится слишком сильным или длительным, экосистема может перейти в другое состояние.

Например, чистое озеро при постоянном поступлении удобрений может превратиться в мутный, заросший водоём с недостатком кислорода. Даже после прекращения загрязнения прежнее состояние иногда не восстанавливается сразу, потому что накопленные в донных отложениях вещества продолжают поступать в воду. Подобные резкие и труднообратимые изменения называют переходом экологического порога.

Последствия смены экосистем могут быть как отрицательными, так и естественно необходимыми. Природные сукцессии обеспечивают обновление сообществ, образование почвы и появление новых местообитаний. Антропогенные изменения часто приводят к сокращению биологического разнообразия, разрушению пищевых цепей, ухудшению качества воды и воздуха, снижению плодородия почв и исчезновению видов. Это отражается и на человеке, поскольку экосистемы обеспечивают людей пищей, пресной водой, древесиной, лекарственным сырьём, регулируют климат, очищают воду и воздух, опыляют сельскохозяйственные растения и защищают территории от эрозии и наводнений.

Для уменьшения отрицательных последствий необходимо сохранять природные территории, создавать заповедники и национальные парки, восстанавливать леса и болота, сокращать загрязнение, рационально использовать природные ресурсы, контролировать распространение чужеродных видов и применять экологически безопасные способы ведения сельского хозяйства. Важно также сохранять экологические коридоры между природными территориями, чтобы животные и растения могли расселяться и поддерживать обмен между популяциями.

Таким образом, смена экосистем является закономерной частью развития природы. Под действием природных факторов она обычно происходит в рамках естественных процессов и может завершаться формированием устойчивого сообщества. Антропогенное воздействие нередко ускоряет изменения, нарушает способность экосистем к самовосстановлению и приводит к обеднению живой природы. Сохранение экосистем требует учёта их внутренних связей, ограничения чрезмерной хозяйственной нагрузки и восстановления нарушенных природных территорий.