Білявський Г.О. та ін. Основи екології

Подождите немного. Документ загружается.

Взаємодія біологічного та геологічного кругообігів (біогеохімічний кругообіг речовин)

Розділ І Сучасні підходи в

Сьогодні ситуація аналоь

епох, причина її відома: ц^на, але, на відміну к.

поП

ередніх

антропогенний фактор (рис. ч діяльність людини ^ званий

Розглянемо головні П{^4).

та

гу речовин у біосфері. Цчини поруцденн^

Круґ

ообі-

По-перше, це досить с^

Кр

вивітрювання осадових і гральне штучне прискори ооцесів

ням і переробкою корисних ^>них порід, пов'язане^

ння

обуван-

ти, торфу, природного газу. Випалин, спалюванням

3 ВИД

Я на

ф-

вміст вуглекислого газу, о^результаті в атмосфері

ПЛЛ

ться

зменшується рН ґрунту, що гАидів сірки, через к

з0шь

дощі

ментів у розчинений стан. Дозволить до переходу

х еле-

токсичні й небезпечні для жЛкі з них у великих \

аТЬ

раціях

мідь, цинк, свинець). Процеси^ого (наприклад, ва>^

онцеН

—

циклі вповільнюються - ад^ кругообігу речовин уг£? Річному

чим більше елементів перехо^ гинуть носії >кивої

шоло

ни

пр

вається у Світовий океан, ^ть у розчин, тим біл,

реч0

вИМИ

вповільнені темпи повторного прискорені темпи за "і

біоти,

них речовин, зростання швиЛикористання Доступк^

нера

ль-

перезбагачення Світового ^кості їх вимивання

ин

яють

Внаслідок цього частішають кеану біогенними

сприЧ

нтами

скопічними водоростями, як^палахи «цвітіння» о

елеме

Кро

пригнічують розвиток консул нерідко бувають тс\^

еану

ими

порівняно з минулими століт^нтів, котрі їх спож;

ксичИ

ак

Світовому океані зросла в 50—^ми частота спалахів

иваЮТЬ

ннЯ

» в

си вилучення з біосфери дс^ ЗО разів! Усе це приск

<<цв1Т1

проце

консервації в донних відклада^тупних біогенних ї^°

рЮ

€

їх

• По-друге, людина в прок

ечов

створює численні речовини (наЧсі своєї господарська .. •

льН

ості

можуть бути ні використані п^риклад, пластмаси),

ДШ

яа

лі не

ступних мінеральних речовин р^дуцентами, ні розкл

як1 Н

-д

0 до

ливу групу антропогенних «о^уц

еН

тами. Вони утва*

аден1

ОС

об-

цивілізації, які археологи чомус^дових» порід — ві?

рюЮТЬ

нашо

відходи зрештою будуть трансе^ назвали <<культурниі^

Х0ДИ

м>>

Ці

потім у процесі вивітрювання зц армовані в літосфері

Шар

іти й

речовини, але відбудеться це в ^жу стануть доступний

В Гра

ЖИВ

ої

мільйони років. Тому є реальна Геологічних вимірах ^ через

біосфери можуть бути переробл^агроза того, щ

дост\

асу

есу

рси

шиться цикл геологічного кругові на відходи швидша

упн

за

вер~

біосферою (в тому числі й з люд^бігу. Що в цьому раз,

Н1Ж

бТЬ

ся з

78 *

1Ною)

пе

Рад

ба

мити ь^^здно.

про ДОВКІЛЛЯ

Рис.

2.4

Вплив антропогенного фактора на кругообіг речовин

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

Сьогодні ситуація аналогічна, але, на відміну від попередніх

епох, причина її відома: це діяльність людини — так званий

антропогенний фактор (рис. 2.4).

Розглянемо головні причини порушення кругообі-

гу речовин у біосфері.

• По-перше, це досить сильне штучне прискорення процесів

вивітрювання осадових і гранітних порід, пов'язане з видобуван-

ням і переробкою корисних копалин, спалюванням вугілля, наф-

ти, торфу, природного газу. В результаті в атмосфері збільшується

вміст вуглекислого газу, оксидів сірки, через кислотні дощі

зменшується рН ґрунту, що призводить до переходу багатьох еле-

ментів у розчинений стан. Деякі з них у великих концентраціях

токсичні й небезпечні для живого (наприклад, важкі метали —

мідь, цинк, свинець). Процеси кругообігу речовин у біологічному

циклі вповільнюються — адже гинуть носії живої речовини. Та

чим більше елементів переходить у розчин, тим більше їх вими-

вається у Світовий океан. Прискорені темпи загибелі біоти,

вповільнені темпи повторного використання доступних мінераль-

них речовин, зростання швидкості їх вимивання спричиняють

перезбагачення Світового океану біогенними елементами.

Внаслідок цього частішають спалахи «цвітіння» океану' мікро-

скопічними водоростями, які нерідко бувають токсичними й

пригнічують розвиток консументів, котрі їх споживають. Так,

порівняно з минулими століттями частота спалахів «цвітіння» в

Світовому океані зросла в 50—130 разів! Усе це прискорює проце-

си вилучення з біосфери доступних біогенних речовин і їх

консервації в донних відкладах.

• По-друге, людина в процесі своєї господарської діяльності

створює численні речовини (наприклад, пластмаси), які надалі не

можуть бути ні використані продуцентами, ні розкладені до до-

ступних мінеральних речовин редуцентами. Вони утворюють особ-

ливу групу антропогенних «осадових» порід — відходи нашої

цивілізації, які археологи чомусь назвали «культурним шаром». Ці

відходи зрештою будуть трансформовані в літосфері в граніти й

потім у процесі вивітрювання знову стануть доступними для живої

речовини, але відбудеться це в геологічних вимірах часу — через

мільйони років. Тому є реальна загроза того, що доступні ресурси

біосфери можуть бути перероблені на відходи швидше, ніж завер-

шиться цикл геологічного кругообігу. Що в цьому разі станеться з

біосферою (в тому числі й з людиною), передбачити нескладно.

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

Біогеоценози — елементарні одиниці

§ 2Лпі

біосфери

...Ми, біологи, добре знаємо, що найстійкіше біологічне

угруповання — це угруповання, яке складається з максимуму

різноманітних видів. Наприклад, це тропічний ліс, який

складається з багатьох десятків тисяч видів. А найнестійкіше

угруповання — тундра: тут мало видів і звідси її страшенна

вразливість, ранимість. Стійкою є лука, що складається з

багатьох видів. А тільки-но ми застосовуємо монокультуру,

то її вже треба постійно підживлювати добривами, захищати

отрутохімікатами.., інакше вона існувати не може.

Вона нестійка, бо «моно».

М. М. Воронцов,

російський біолог

агальне уявлення про екосистему. Процеси зв'язу-

вання сонячної енергії, її трансформації й нако-

пичення в живій речовині, поглинання поживних речовин та їх

перетворення, нагромадження осадових відкладів і вивітрювання

гірських порід відбуваються в конкретних екосистемах. Термін

«екосистема» запропонував англійський еколог А. Тенслі в

1935 р. Під екосистемою розуміють функціональну систему, яка

вбирає в себе угруповання живих організмів разом із середовищем, в

якому вони мешкають. Елементи цієї системи пов'язані між собою

обміном речовин та енергії. Екосистемами є й біосфера в цілому,

й окремий ліс, і окрема калюжа, й поодиноке дерево, тобто як за

розмірами, так і за складом екосистеми дуже різноманітні. Голов-

на спільна риса всіх екосистем — це те, що в певних ланках

трофічного ланцюга екосистеми засвоюється, передається й пере-

творюється енергія. В екосистемах також відбуваються міграція й

трансформація речовини. Залежно від характеру циркуляції речо-

вини екосистеми поділяються на закриті й відкриті.

Закритою називають таку екосистему, в якій речовина цирку-

лює від продуцентів до редуцентів по колу й саме в межах цієї

екосистеми. Наприклад, у ставку біогенні елементи багаторазово

проходять по тому самому колу: водорості—зоопланктон—риба—

бактерії—мінеральні біогенні речовини—знову водорості.

У відкритих екосистемах речовина по колу не обертається.

Наприклад, в екосистемі окремого дерева гусінь з'їдає листя про-

Глава 2

Біоекологія

дуцента; саму ж гусінь ловлять птахи й відносять у свої гнізда на

інші дерева. Отже, речовина з даної екосистеми вилучається й

переноситься в іншу.

Розрізняють також екосистеми, здатні або не здатні до само-

регуляції. Механізм саморегуляції в екосистемах першого типу

здійснюється за принципом негативного зворотного зв'язку. Цей

принцип у спрощеному варіанті можна уявити собі у вигляді

ланцюга, кожна ланка якого виступає щодо двох сусідніх або

хижаком, або жертвою. Якщо з якихось причин зменшується

чисельність жертви, то через нестачу їжі з часом зменшується й

чисельність хижака. Зниження чисельності хижака відповідно

приводить до зменшення тиску на жертву, чисельність якої

збільшується. Це знову створює умови для збільшення чисель-

ності хижака. Отже, система «хижак—жертва» саморегулюється,

тобто утримується в рівноважному стані. При цьому чисельність

жертви й хижака постійно коливається навколо якогось серед-

нього значення. Ці коливання дістали назву «хвиль життя».

>*< Біогеоценоз як елементарна екосистема біосфери. Елемен-

тарними екосистемами, з яких складається біосфера, є біогеоце-

нози — замкнені екосистеми, здатні до саморегуляції.

Біогеоценозом називають однорідну ділянку земної поверхні з пев-

ним складом організмів, що населяють її (бактерій, рослин, тварин,

грибів), і комплексом абіотичних компонентів (ґрунтом, повітрям,

сонячною енергією та іншими), які пов 'язуються обміном речовини й

енергії в єдину природну систему. Складові біогеоценозу — це

біотоп — однорідний за абіотичними факторами середовища

простір — і біоценоз — сукупність усіх представлених у межах

даного біотопу організмів. Функціональні складові біоценозу:

сукупність усіх продуцентів даного біотопу (вищі рослини, водо-

рості, автотрофні бактерії) — так званий фітоценоз; сукупність

тварин-консументів — зооценоз; сукупність редуцентів (бактерій і

грибів-сапротрофів) — мікробоценоз. Межі біогеоценозу визнача-

ються межами фітоценозу, тобто контуру однорідної рослинності,

оскільки саме рослини-продуценти є першою ланкою трофічних

ланцюгів біогеоценозу. Біогеоценози водойм називають також

біогідроценозами.

Розміри конкретних біогеоценозів коливаються в досить

широких межах: у пустелях площа біогеоценозу становить сотні

тисяч квадратних метрів (наприклад, такири й барханні піски);

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

площа одного лісового біогеоценозу — зазвичай від кількох

сотень до кількох десятків тисяч квадратних метрів (наприклад,

березовий гай у дубовому лісі); лугові й степові біогеоценози ще

менші — до кількох десятків, зрідка — сотень квадратних метрів.

Як правило, виразних, різких меж між біогеоценозами не існує, а

один поступово переходить в інший.

Будь-який біогеоценоз являє собою систему елементів, що

взаємодіють, — популяцій живих організмів.

Кожний біогеоценоз характеризується біомасою та продук-

тивністю, має свою певну просторову й видову структури, певну

сукупність ланцюгів живлення, які пов'язуються потоками речо-

вини й енергії в специфічну для даного біогеоценозу трофічну

мережу й визначають його інформативність.

Сукупність біогеоценозів із відносно схожими характеристи-

ками (передусім — рослинністю), які займають значну територію

й розвиваються в схожих кліматичних умовах, називають біота-

ми. Сьогодні на нашій планеті виділяють близько ЗО основних

біомів.

В Біомаса й продуктивність біогеоценозу. Біомасою називають

кількість живої речовини на одиниці площі в момент спостережен-

ня. Це один із найважливіших статичних показників біогеоцено-

зу. Загальна біомаса визначається сумою біомас усіх популяцій,

які населяют^даний біогеоценоз. Найчастіше за одиницю біома-

си беруть 1 г сухої (рідше — сирої) органічної речовини на 1 м

Біомаса біогеоценозів різних типів коливається в широких межах

(табл. 2.1).

Продуктивністю називають здатність живої речовини створю-

вати, трансформувати й нагромаджувати органічну речовину

(біомасу). На відміну від біомаси — це динамічний показник

біогеоценозу.

Коли комбайни рухаються полем, коли траулер піднімає свої сітки

з моря, коли ведеться вирубування лісу, то в будь-якому разі

це означає, що людина збирає врожай органічної речовини.

Сонячне світло й збирання врожаю пов'язані функцією

екосистеми — здатністю нагромаджувати енергію в органічній

речовині, інакше — продуктивністю, від розміру й динаміки якої

цілком

залежить

життя

всього сущого на

Землі,

й у

тому

числі — людини.

Р. Уіттекер,

американський еколог

Глава 2

Біоекологія

Продуктивність — одна з найважливіших характеристик: вона

відображає ефективність роботи біогеоценозів, швидкість потоку

енергії й речовин в їхніх ланцюгах живлення. Виражають продук-

тивність через показники продукції.

Таблиця 2.1

Середня біомаса продуцентів і первинна продукція

в біогеоценозах різних типів

Тип біогеоценозу

Середня біомаса

(г/м

)

Первинна продукція

(г/м

рік)

Вологий тропічний ліс

45 000

2 200

Савани

4 000

900

Пустелі 20

Напівпустелі

700 90

Степи

2 000

600

Широколистяні ліси

30 000 1 200

Хвойні ліси

20 000

800

Тундри

600 140

Агроценози

1 000 650

Відкритий океан

125

Планета в цілому

3 600

333

Н Продукція й деструкція. Розрізняють продукцію первинну —

швидкість засвоєння сонячної енергії у вигляді органічних речовин,

синтезованих продуцентами, та продукцію вторинну — швидкість

трансформації й накопичення органічної речовини консументами й

редуцентами. Оцінюють первинну й вторинну продукції за

кількістю органічної речовини, синтезованої (первинна про-

дукція) чи накопиченої (вторинна продукція) за одиницю часу на

одиниці площі, або за кількістю енергії, запасеної в цій речовині.

Приблизно 1 кДж/(м

• рік) еквівалентне 0,06 г/(м

• рік) сухої

органічної речовини.

Вторинна продукція завжди менша від первинної, оскільки

створюється вона в результаті трансформації органічної речовини

продуцентів після їх споживання консументами чи редуцентами.

Зміни значень продукції при переході від нижніх трофічних

рівнів (продуцентів) до верхніх (первинних, вторинних чи тре-

тинних консументів) мають стрибкоподібний характер: уявіть

Розділ І

Сучасні підходи в науці про довкілля

піраміду, в якої кожний наступний рівень становить приблизно

лише 10 % попереднього. Зазвичай між первинною та вторинною

продукціями є пряма залежність: чим більша первинна продук-

ція, тим більша й вторинна, і навпаки.

Пустелі

Напівпустелі

Тундри

Степи

Агроценози

Савани

Хвойні ліси

Широколистяні

ліси

Вологі тропічні

ліси

5000 10000 15000 20000 25000 30 000 35000 40000

Продукція, кДж/м

Середньорічна первинна продукція наземних біогеоценозів різних типів

[кДж/(м

• рік)]

Рис. 2.5

На конкретне значення продукції впливає багато різних

факторів, але, як правило, перше місце посідають вологість і

температура, друге — забезпеченість біогеоценозу елементами

мінерального живлення. Найбільшу продукцію мають біогеоце-

нози вологого тропічного лісу. Далі продукція зменшується за

градієнтами температури й вологості в напрямі від екватора до

полюсів (рис. 2.5).

Окрім продукції, важливим показником є деструкція —

швидкість розкладання органічної речовини до мінеральної. Процеси

деструкції здійснюють редуценти — передусім гриби й бак-

терії. Різниця між первинною продукцією й деструкцією є показ-

ником акумуляції (накопичення) органічної речовини в біогео-

ценозі.