Кроме ярусного строения, в пространственной структуре биоценоза отмечается мозаичность – изменение флоры и фауны по горизонтали. Площадная мозаичность зависит от изменений почвенных и ландшафтных условий, количественного соотношения видов, видового разнообразия.
41. Экологическая ниша. Принцип Гаузе
Экологическая ниша – местообитание вида в природе, которое включает его функциональную роль в биотическом сообществе, положение в пространстве и отношение к абиотическим условиям существования.
Экологическая ниша представляет собой не только физическое пространство, но и место вида в сообществе, определяемое его экологическими функциями.
Термин «экологическая ниша» был предложен в 1910 г . Дж. Джонсоном. Понятие «ниша вида» ввел О. Гриннелл в 1917 г.: «ниша вида, характеризуется комплексом условий (абиотическими факторами, пищей, укрытием и др.), которые имеются в месте обитания, где только и возможно обитание данного вида».
В природе два вида не могут сосуществовать, если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
В 1957 г. Г. Е. Хатчинсон предложил модель экологической ниши в виде части многомерного пространства.
В природных экосистемах вид не всегда использует все пространство ниши, поэтому выделяются следующие типы экологических ниш (по Г. Е. Хатчинсону ):
1) фундаментальная (или потенциальная) – гиперобъем, определяемый физиологическими и аутэкологическими особенностями вида и соответствующий условиям, в которых вид может нормально жить и размножаться;
2) реализованная – экологическая ниша, соответствующая условиям, в которых вид существует в природе.
В реальных условиях реализованная экологическая ниша не равна фундаментальной экологической нише.
Большинство организмов не обитает в потенциальной нише, а в результате взаимодействия с другими видами занимает меньшую нишу (основные взаимодействия между видами конкуренция и хищничество). По Ю. Одуму ( 1986 г.), «конкуренция – отрицательные взаимодействия двух организмов, стремящихся к одному и тому же. Межвидовая конкуренция – любое взаимодействие между популяциями, которое вредно сказывается на их росте и выживании». Таким образом, конкуренция – борьба видов за экологические ниши.
Не существует двух различных видов, занимающих одинаковые экологические ниши, но есть близкородственные виды, часто настолько сходные, что им требуется по существу одна и та же ниша (В. И. Коровкин, Л. В. Передельский, 2003 г.). В данном случае при частичном перекрывании ниш появляется жесткая конкуренция, в результате которой один вид, более приспособленный к существующим условиям, вытесняет другой. Экологическое разобщение близкородственных или сходных видов – принцип конкурентного исключения, доказанный экспериментально Г. Ф. Гаузе в 1934 г. (принцип Гаузе).
Уменьшение ресурсов (пространства, пищи и др.) приводит либо к взаимному приспособлению двух видов, либо к замещению популяции одного вида популяцией другого.
42. Агроэкосистемы и их основные особенности
Основной задачей создаваемых агроэкосистем является рациональное использование биологических ресурсов, вовлекающихся в сферу человеческой деятельности. Это прежде всего источники пищевых продуктов, лекарственных препаратов и технологического сырья, а также культивируемые человеком виды – объекты сельскохозяйственного производства (звероводство, рыбоводство, выращивание лесных культур и виды, используемые в промышленности).
Основные отличия сельскохозяйственных систем от природных экосистем (В. И. Коровкин, 2003 г.):
1) в них резко снижено разнообразие видов: снижение видов культивируемых растений снижает и видовое разнообразие животного населения биоценоза; видовое разнообразие разводимых человеком животных ничтожно мало по сравнению с природным; культурные пастбища (с подсевом трав) по видовому разнообразию похожи на сельскохозяйственные поля;
2) виды растений и животных, культивируемых человеком, эволюционируют за счет искусственного отбора и неконкурентоспособны в борьбе с дикими видами без поддержки человека;
3) агроэкосистемы получают дополнительную энергию, субсидируемую человеком, кроме солнечной;
4) чистая продукция (урожай) удаляется из экосистемы и не поступает в цепи питания биоценоза, а частичное ее использование вредителями, потери при уборке, которые тоже могут попасть в естественные трофические цепи, всячески пресекаются человеком;
5) экосистемы полей, садов, пастбищ, огородов и других агроценозов – это упрощенные системы, поддерживаемые человеком на ранних стадиях сукцессии, и они столь же неустойчивы и неспособны к саморегуляции, как и природные пионерские сообщества, а потому не могут существовать без поддержки человека. Таким образом, под влиянием человека происходит изменение состава, структуры и состояния естественных процессов и функций природных систем.
Влияние сельскохозяйственной деятельности человека на местный влагооборот проявляется изменением величин испарения и поверхностного стока.
К нарушению биологического круговорота привели антропогенные изменения биоценозов, замена естественных сообществ искусственными. Так, в результате изъятия фитомассы с сельскохозяйственных территорий из биогеохимического оборота удаляется значительное количество азота, фосфора, кальция и других химических элементов. Это приводит к истощению почвы, которое нельзя восполнить только внесением удобрений, так как 50 % их смывается с полей. Геохимический круговорот изменяется еще и тем, что в него вовлекаются новые соединения, не образующиеся в природе (например, пестициды).
43. Пестициды и их классификация
Пестициды (от лат. pestis — «разрушение, зараза», cido — «убивать») – общее название ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве для защиты растений и животных. Данная группа представлена различными химическими соединениями, которые способны уничтожать, прекращать развитие живых организмов – бактерий, вирусов, грибов, насекомых, грызунов и др. Однако пестициды губительно влияют не только на вредные, но и на полезные организмы, поэтому разрабатываются и создаются новые вещества избирательного действия. Пестициды подразделяются на группы в зависимости от объекта воздействия:
1) инсектициды используются для уничтожения насекомых;
2) гербициды – для уничтожения сорных растений;
3) фунгициды – для борьбы с грибковыми заболеваниями растений;
4) зооциды – для уничтожения различных грызунов;
5) лимациды – для борьбы с моллюсками.
К пестицидам также относятся средства для удаления листьев – дефолианты, для высушивания листьев на корню – десиканты, для удаления лишних цветков и завязей – дефлоранты, средства для привлечения и уничтожения насекомых – аттрактинты, для отпугивания насекомых и грызунов – репелленты.
Наиболее широко применяются хлорорганические, фосфорорганические и ртутьорганические пестициды.
Хлорорганические пестициды – ДДТ, ГХЦГ, полихлорпинен, кельтан и другие. В 1970–1980 гг. применение ДДТ было запрещено, так как это химическое соединение очень трудно разрушается (выдерживает нагревание до 120 °C в течение 15 и почти не разрушается при кулинарной обработке) и обладает высокими кумулятивными свойствами, постепенно накапливается в почве, воде и пищевых продуктах.
Данные вещества способны накапливаться в тканях и жире животных, вызывать острые и хронические отравления с поражением печени, центральной нервной системы и других органов и систем.
Фосфорорганические (карбофос, фталофос, фасфамид и др.) наиболее широко применяются в сельском хозяйстве, так как, в отличие от хлорорганических пестицидов, практически не накапливаются в окружающей среде (разрушаются в течение месяца под действием солнечных лучей и воды). Данные соединения используются против вредителей зерновых и плодовых культур. В основе механизма их токсического действия лежит угнетение жизненно важных ферментов.
Ртутьорганические соединения (например, меркуран, фализан и др.) применяются для обработки посевного материала, а также для защиты сельскохозяйственных культур от грибковых заболеваний и вредителей. Эти препараты обладают кумуляцией и стойкостью.
При острых отравлениях данными соединениями наблюдаются расстройства сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта и др.
44. Экологические последствия применения пестицидов
Возрастающее применение и производство пестицидов сопровождается их накоплением в первую очередь в почве. Степень накопления соединений в почве зависит от многих факторов (особенностей почвы, свойств яда и др.).
В детоксикации пестицидов участвуют окислительные, гидролитические и фотохимические процессы. В разложении пестицидов главная роль принадлежит почвенным микроорганизмам (например, актиномицеты и некоторые почвенные грибы и бактерии в качестве источника углерода используют гербицид – далапон). Но некоторые хлорорганические соединения достаточно стойки и сохраняются в почве без изменений в течение нескольких лет, в результате этого пестициды попадают сначала в растительные, а затем в животные организмы, включая человека.
Из почвы пестициды попадают в водоемы и реки путем смывания дождевыми и талыми водами с обработанных лесов и полей. Также водоемы загрязняются сточными водами предприятий, производящих пестициды, при внесении препаратов для уничтожения водорослей, моллюсков и др.
Распределение пестицидов в толще воды зависит от формы применения и физико-химических свойств препаратов. На скорость детоксикации пестицидов в воде влияет pH и температура воды, уровень общего загрязнения. В настоящее время пестициды находят практически во всех водоемах и реках Земли.