Некоторые аспекты изучения равновесия в экосистемах

Гомеостатические механизмы функционируют в определенных пределах, при превышении которых неограничиваемые положительные обратные связи могут приводить к гибели экосистемы. Так, повышение урожайности в сельском хозяйстве часто связывают с количеством вносимых удобрений. Если их вносить слишком много, то система гомеостаза выходит за предел действия отрицательной обратной связи, и в экосистеме начинаются необратимые разрушительные изменения. Например, увлечение удобрениями привело в итоге к истощению, эрозии и засолению многих хлопковых полей в Средней Азии.

Равновесие в экосистемах обеспечивается избыточностью организмов, выполняющих одинаковые функции. Например, если в сообществе имеется несколько видов растений, каждое из которых развивается в своем температурном диапазоне, то скорость фотосинтеза экосистемы в течение длительного времени может оставаться почти неизменной.

Экологическое равновесие - это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность биотической части (растений, животных, грибов, бактерий, водорослей) в каждый конкретный момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям - почве и климату. Главная особенность экологического равновесия экосистемы - его подвижность. Различают два типа подвижности равновесия: обратимые изменения в экосистеме и экологические сукцессии.

Обратимые изменения в экосистеме - это изменения экосистемы в течение года от весны до весны при колебаниях климата в разные годы и изменении роли некоторых видов в связи с ритмами их жизненного цикла (массовое осеменение дуба один раз в четыре года, массовое развитие клевера на лугу, вспышки численности непарного шелкопряда в лесу или мышевидных грызунов в степи). При таких изменениях видовой состав экосистемы сохраняется, она лишь подстраивается к колебаниям внешних и внутренних факторов. В отдельные сезоны года некоторые компоненты экосистемы могут отсутствовать или впадать в состояние глубокого покоя

(птицы, на холодный период года улетающие в теплые страны; медведь, спящий зиму в берлоге; непарный шелкопряд, зимующий в кладке; растения, переживающие неблагоприятный по климату год в стадии захороненных семян).

Экологические сукцессии - это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды, например, при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т. д. В этом случае экологическое равновесие как бы "скользит": параллельно (или с некоторым отставанием) с изменениями условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы, постепенно роль одних видов убывает, а других увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними (по отношению к экосистеме) факторами, протекать очень быстро или тянуться столетиями.

Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной техники в тундре), то экологическое равновесие разрушится. Изменение количества особей разных видов в экосистеме напоминает движение маятника, но амплитуда изменений обычно такова, что экологическое равновесие не нарушается.

Антропогенное воздействие на экосистемы. Современный период развития мировой экономики связан с интенсификацией производства, увеличением объемов используемых природных ресурсов и поступлением во все возрастающих масштабах вредных веществ в биосферу. Научнотехническая революция обостряет проблемы природопользования. В процессе своей деятельности человек по-разному влияет на составные части биосферы.

Причины или факторы такого влияния называют антропогенными, они приводят к истощению природных ресурсов, загрязнению природной среды и образованию искусственных ландшафтов.

Средняя температура на поверхности Земли за 100 лет увеличилась на 0,5-0,6° С, зимняя - еще больше из-за ежегодных поступлений в атмосферу углекислого газа (0,4%), метана (1%), оксида азота (0,2%), затрудняющих отдачу тепла с поверхности (парниковый эффект). Источниками таких газов служат сжигание природного топлива и антропогенное нарушение работы микробных сообществ в почвах Сибири и Северной Америки. При неизменной современной антропогенной нагрузке температура тем не менее будет подниматься на 0,5° С каждые 10 лет.

За последнее десятилетие накопилось около 20 млн. т пылевых частиц, 600 тыс. т меди, 4,5 млн. т свинца, 3 млн. т цинка. Ведомственный монополизм в развитии промышленности, пренебрежение реальными потребностями общества и затратный механизм привели к сырьевой специализации экспорта в России. За последние годы ведомства организовали экспорт на 80% из сырья и топлива. Для сравнения: развивающиеся страны Африки экспортируют 90% добываемого сырья, а страны Латинской Америки - 50%.

Поступательные изменения в экосистеме приводят в конечном итоге к смене одного биоценоза другим, с иным набором господствующих видов. Причинами подобных смен могут являться внешние по отношению к биоценозу факторы, действующие длительное время в одном направлении, например, увеличивающееся загрязнение водоемов, возрастающее в результате мелиорации, иссушении болотных почв, усиленный выпас скота и т.д. Данные смены одного биоценоза другим называют экзогенетическими.