Восстановление и сохранение степей - сложнейшая экологическая и хозяйственная проблема. Для ее решения необходимо восстановить экологическое равновесие - привести в соответствие количество скота и продуктивность пастбищ. Для этого нужно или сократить поголовье или повысить пастбищную емкость степных экосистем.

Пастбищная емкость - это количество скота, которое можно выпасать на 1 га в течение года и при этом не разрушать травостой. Чем выше продуктивность пастбища, тем больше его пастбищная емкость. Емкость степных пастбищ увеличивают путем их коренного улучшения - распашки и высева травосмесей из засухоустойчивых трав, таких, как житняк, эспарцет, донник, люцерна, регнерия, кострец безостый. Одновременно с высевом травосмеси вносят минеральные удобрения. Улучшение степных травостоев повышает пастбищную емкость в 3-5 раз.

Площадь сенокосов и пастбищ можно увеличить за счет пашни, расположенной на склоновых землях. На этих почвах легко развивается эрозия, урожайность выращиваемых на них сельскохозяйственных культур низка, а высеянные травы могут одновременно прекратить этот разрушительный процесс и повысить доход с каждого гектара.

Для снижения пастбищной нагрузки на степные травостои также используют корма, выращиваемые на пашне. Это особенно важно во второй половине лета, когда травы выгорают, и ранней весной, когда выпас препятствует их отрастанию после зимы. Для сохранения степных травостоев очень важно соблюдение требований пастбищеоборота. При пастбищеобороте все пастбища разбиваются на загоны, на которых скот выпасается поочередно. Повторный выпас скота на каждом загоне проводится только после восстановления травостоя. Один раз в несколько лет каждый загон «отдыхает» от пасущихся животных.

Очень перспективно разведение лошадей в степной зоне. Лошади наиболее мягко влияют на травостой (давление их копыт в 4 раза меньше, чем у овец), они едят практически все растения и, кроме того, активнее перемещаются по территории пастбища, равномерно стравливая его травостой. Коневодство особенно перспективно в районах, где конское мясо считается деликатесом (Башкортостан, Татарстан). Оно дает не только превосходное мясо и шкуры, но и молоко, из которого изготовляют кумыс - кисломолочный напиток, оказывающий благотворное влияние на здоровье человека.

Во многих районах России восстановить экологическое равновесие в степных экосистемах только за счет повышения емкости пастбищ не удастся, придется сократить поголовье скота. Если при этом использовать более продуктивные породы овец или коров, то выход животноводческой продукции не уменьшится.

Контрольные вопросы

1. В каких климатических условиях формируются степные экосистемы?

2. С какими типами почв связаны степи?

3. Чем вреден для степей чрезмерный выпас?

4. Что такое пастбищная емкость экосистемы и как ее можно повысить?

Справочный материал

К степям Евразии близки североамериканские прерии, южноамериканские пампы и саванны Африки, Южной Америки и Австралии. В саваннах на фоне травостоя степного типа разбросаны отдельные деревья и кустарники. Эти экосистемы, как и степи, формировались под влиянием копытных животных, хотя травоядные в саваннах более разнообразны, чем в степях и прериях. Кроме того, в саваннах большую роль играют веткоядные животные, в Африке - это жирафы, в Австралии - кенгуру.

В прошлом для степей была характерна особая фауна (крупные быки - тур в Европе и бизон в Америке; антилопы, дикие лошади). В настоящее время часть этой фауны полностью уничтожена (европейские тур и дикая лошадь тарпан, лошадь Пржевальского) или сохранилась в резервациях (бизон, вилорог, рис. 77).

На территории РФ встречаются следующие типы степей:

- луговые. Распространены в северной части степной зоны. При количестве осадков 500-600 мм доминируют широколистные злаки (кострец береговой, овсец Шелла, мятлик узколистный), виды разнотравья (таволга обыкновенная, серпуха венценосная, нивяник обыкновенный, василистник малый) и бобовых (клевер горный, горошек тонколистный). В травостое единично представлены типчак и ковыль перистый;

- типичные. Распространены на территориях со среднегодовым количеством осадков 350-500 мм. Их называют разнотравно-ковыльными. Состав разнотравья и бобовых у них близок к луговым степям, но массово представлены дерновинные злаки - типчак, разные виды ковыля (перистый, узколистный, Залесского, красивейший и др.). В этих степях местами встречаются кустарники: карагана кустарниковая, спирея, дрок, ракитник;

- сухие. Распространены южнее типичных степей. При количестве осадков 250-350 мм в них меньше представлено разнотравье, но появляются засухоустойчивый ковыль Лессинга, тонконог стройный, житняк, а также полынь холодная;

- солонцеватые. Встречаются на равнинах небольшими фрагментами, в их составе обычны полынь Лерха, кермек Гмелина, вострец ложнопырейный.

В луговых, типичных и сухих степях на маломощных щебнистых почвах встречаются виды-камнелюбы.

§ 48. ЛУГОВЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Если степные экосистемы сформировались под влиянием сухого климата и диких копытных, то луга - это результат хозяйственной деятельности человека. Луговые экосистемы формируются на почвах, увлажненных лучше, чем степные черноземы, когда там вырубили лес и затем начали регулярно выкашивать травостой или пасти скот. Если использование прекратить, луг может снова зарасти лесом.

Луга - это сообщества влаголюбивых растений, они распространены в равнинной части лесной зоны, где выпадает достаточно много осадков; в низинах степной зоны, где грунтовые воды подходят близко к поверхности; в лесном и альпийском поясе гор и в речных долинах. Весной, когда тают снега, уровень воды в поймах резко поднимается и реки выходят из берегов, орошая луга и удобряя их питательным наилком, который осаждается из мутной воды во время затопления.

Основу луговых травостоев составляют злаки. Главные виды злаков лугов зоны тайги и смешанных лесов - полевица тонкая, овсяница красная, душистый колосок. В речных поймах, где почвы богаче, преобладают более крупные злаки: овсяница луговая, кострец безостый, лисохвост луговой, канареечник тростниковидный. При выпасе их сменяет малоценный злак щучка дернистая. В зоне широколиственных лесах и в лесостепи главный луговой злак - мятлик узколистный.

В Сибири луга нередко размещаются на засоленных почвах, на таких лугах наиболее обычны пырей ползучий и ячмень короткоостый. В Якутии луга можно встретить не только в поймах рек, но и в аласах - эти уникальные ландшафты с травяной растительностью среди лиственничной тайги представляют собой неглубокие котловины с озером в центре (они образовались в результате вытаивания льда).

В поймах рек Дальнего Востока (особенно Амура) главный луговой злак - крупный вейник Лангсдорфа.

Для горных лугов характерно преобладание не злаков, а сочного разнотравья.

В низинах с близко подступающими к поверхности грунтовыми водами распространены так называемые низинные луга, на которых преобладают осоки.

Луга используют как пастбища или как сенокосы. Эти экосистемы не только дают высококачественный корм, но играют важную роль в сохранении почв, плотным дерном защищая их от эрозии. Поэтому эродированные пахотные земли рекомендуют превращать в луга.

Как и степи, луга страдают от слишком сильного выпаса. Снижается урожай и на сенокосах, так как каждый год из экосистемы с сеном выносятся питательные элементы (фосфор, калий, азот и др.), и луговые почвы обедняются. Нередко луга повторно зарастают кустарниками и деревьями. Для повышения продуктивности лугов их улучшают.

При коренном улучшении естественный травостой луга уничтожают и высевают травосмесь. Для разных экологических условий подбирают разный состав трав. Например, в средней полосе европейской части России после распашки низкоурожайных лугов высевают ежу сборную, овсяницу луговую, тимофеевку луговую, лисохвост луговой, клевер луговой, люцерну. В травосмесь обычно включают 4-6 видов, половина из них - злаки, половина - бобовые. После улучшения значительно возрастает урожай сена и увеличивается пастбищная емкость. Если луг зарос кустарниками, их выкорчевывают.

Поверхностное улучшение проводят на тех лугах, в травостоях которых много ценных кормовых видов. В такой травостой подсевают несколько видов бобовых и злаков и вносят удобрения. Чтобы высеянные растения прижились, дернину частично распахивают специальными дисковыми боронами. Всходы из высеянных семян обычно появляются в образовавшихся бороздах. Если в травостое луга ценные виды (кострец безостый, овсяница луговая, ежа сборная) преобладают, то просто вносят удобрения для повышения их урожая.

Контрольные вопросы

1. Чем отличаются луговые экосистемы от степных, в каких условиях они формируются?

2. Чем отличается поверхностное улучшение лугов от коренного?

§ 49. ЭКОСИСТЕМЫ ТУНДРЫ

Тундры - безлесные экосистемы, расположенные севернее зоны тайги вдоль побережья Северного Ледовитого океана. Севернее их на островах в океане расположены арктические пустыни с разреженным растительным покровом.

Количество осадков в тундре от западных границ России до Чукотки меняется от 500 до 200 мм в год, т.е. в азиатской части России тундра получает осадков не больше, чем пустыня. Однако за счет многолетней мерзлоты грунтов, которые в самое теплое время года оттаивают лишь на глубину 30-90 см, и укороченного вегетационного сезона - зима длится 8-9 месяцев (а в это время испарение очень незначительно) тундры относятся к переувлажненным экосистемам. Над многолетней мерзлотой расположен тонкий слой торфянистой почвы со слабо разложившимися растительными остатками. В азиатских тундрах чередуются пятна торфянистых почв и участков, где жидкая грязь под влиянием мерзлотных явлений через трещины выплеснулась на поверхность.

Продуктивность тундровых экосистем низкая, как и у пустынь, но за счет обширности территории (около 1/8 площади России) они дают значительное количество вторичной биологической продукции. Главное богатство тундры - северные олени (зимой они откочевывают в зону тайги) и песцы, питающиеся мелкими грызунами - леммингами (рис. 78).

Растительный покров тундры сформирован осоками, мхами, низкими кустарниками - карликовыми формами ив и берез, голубикой, морошкой. На более сухих участках много лишайников, которыми кормятся северные олени.

Экологическое равновесие в значительной части тундровых экосистем нарушено в результате промышленного освоения этих регионов (добыча нефти и газа). Особенно пострадали экосистемы полуострова Ямал. Добыча нефти и газа сопровождается строительством дорог, которые нарушают гидрологический режим тундры и служат преградой для естественных миграций диких оленей. Большой вред наносят многочисленные проходы гусеничной техники непосредственно по тундре. При этом уничтожается растительный покров и оголяются почвы, которые благодаря темной окраске сильно нагреваются солнцем, что ведет к таянию расположенной ниже их многолетней мерзлоты. Для восстановления таких нарушенных участков требуются десятки лет. При добыче и транспортировке нефти нередко происходят аварии, ее утечка наносит большой вред тундровым экосистемам.

Разведение крупных стад домашних оленей, насчитывающих многие тысячи голов, также отрицательно сказывается на экосистемах тундры. После того как по тундре проходит такая «армада» домашних животных, растительность сильно нарушается и ее восстановление, как и при промышленных нарушениях, требует длительного времени. Стада же диких оленей, особенно если не уничтожены контролирующие их плотность волки, хорошо вписываются в тундровые экосистемы. В одном таком стаде не бывает более нескольких десятков голов, олени перемещаются по тундре, равномерно поедая ее растительность. В будущем поголовье домашних оленей будет сокращаться, а поголовье диких - расти. Человек будет наблюдать за плотностью популяций оленя и периодически отстреливать часть животных, не превышая максимально допустимую долю изъятия.

Будущее тундры зависит от возможности прекращения антиэкологичных способов добычи нефти и газа и восстановления экосистем, нарушенных производственной деятельностью человека. Опыт добычи нефти на Аляске показал, что и в тундре можно извлекать из недр нефть или газ, не нанося большого ущерба природе. Разработаны специальные методы восстановления (рекультивации) нарушенных земель путем покрытия их тонким слоем почвы и высева растений, хорошо приспособленных к климату тундры.

Южнее тундры расположена лесотундра. Биологическая продуктивность ее экосистем несколько выше, но в целом они также легко ранимы, требуют щадящего режима использования. Чем ниже продуктивность экосистемы, тем труднее она восстанавливается после нарушений.

Контрольные вопросы

1. В чем особенности тундровых экосистем?

2. Какой вред тундрам наносит добыча нефти и газа?

3. Какие преимущества для тундровой экосистемы имеет дикий олень над домашним?

Справочный материал

Под влиянием разработки газовых и нефтяных месторождений площадь оленьих пастбищ только в европейской части России сократилась за последние годы на 3,6 млн. га, а на Тюменском Севере - на 7,2 млн. га. Более чем в 2 раза упало производство оленьего мяса, которое не только употребляли жители тундры, но и поставляли в другие районы России.

В озерах тундры и лесотундры раньше добывали 18,5 тыс. т рыбы в год; загрязнение практически лишило их рыбы. Подсчитано, что стоимость добытой нефти ниже, чем стоимость загубленных экосистем.

Достаточно гусеничному трактору проехать по тундре, как его след вначале превращается в лужу, а затем в канаву. Расчищенная от мха площадка может стать озером. Причины этих нарушений - изменение температурного режима почвы и вытаивание многолетней мерзлоты, которую защищал от солнечного света моховой покров.

§ 50. ЭКОСИСТЕМЫ ПУСТЫНЬ

Экосистемы пустынь, как и экосистемы тундр, имеют низкую биологическую продуктивность, их обширные территории занимают южную часть СНГ - равнинные районы Средней Азии (Узбекистана, Туркменистана, Казахстана), а также Прикаспийскую низменность (Россия, Азербайджан). Пустыни формируются в условиях сильного стресса засухи при годовом количестве осадков ниже 200 мм в год и связаны переходной полосой полупустынь со степной зоной. В полупустынях количество осадков несколько больше и может достигать 200-250 мм, их примером являются экосистемы Прикаспия.

Почвы пустынь - малогумусные сероземы (содержание органического вещества не более 1%). Значительная часть пустынь лишена почв и покрыта песчаными барханами или каменистыми россыпями с характерным черным «загаром». Встречаются в пустынях и содовые «пухлые» солончаки с почвой, покрытой слоем соли толщиной в несколько сантиметров.

В составе экосистем пустынь - особые виды организмов со стратегией «верблюдов», которые приспособлены к условиям крайней сухости и высоких температур в летние месяцы и низких - в зимние. Среди растений преобладают невысокие деревья и кустарники (два вида саксаула, виды полыней, чогон), полукустарники, у которых молодые побеги не одревесневают (терескен, различные виды солянок, кохия), кустарнички. Большую роль могут играть однолетние солянки и растения-эфемеры (виды костра, мятлика, ячменя и др.), которые развиваются после дождей и успевают пройти весь вегетационный цикл вплоть до образования семян за три недели.

Пустыни - районы развития пастбищного скотоводства - овцеводства и верблюдоводства. Если выпас отсутствует, то поверхность почв (супесчаных и песчаных) может покрываться плотной коркой из водорослей и пустынных мхов, что снижает продуктивность экосистемы. Поэтому умеренный выпас для пустынь также необходим, как и для экосистем степей или саванн. Однако при сильном выпасе растительный покров нарушается и, если почвы песчаные, может усилиться перенос песка ветром (так называемый эоловый процесс).

При орошении в пустынях выращиваются такие важные культуры, как хлопчатник и рис, что требует большого отъема воды от рек. Если водозабор превышает допустимый норматив, реки усыхают. Результат этого вида нарушений пустынных экосистем - усыхание Арала.

Под влиянием хозяйственной деятельности человека пустыни наступают на полупустыни и даже на южную часть степной зоны. Этот процесс называется опустыниванием. Он опасен, так как после того как сформируется экосистема такой антропогенной пустыни, оказывается практически невозможным восстановить уничтоженную более продуктивную растительность. Этот пагубный процесс уже резко ухудшил ситуацию с обеспечением овцеводства кормами в Калмыкии, в южной части Астраханской области и в Казахстане.

Таким образом, рациональное использование экосистем пустынь требует очень строгого экологического контроля всех форм воздействия человека - доли поливной пашни и водозабора поливной воды из рек, пастбищных нагрузок и т.д. Опасными могут быть промышленные нарушения пустынных экосистем при добыче там нефти и газа.

Контрольные вопросы

1. Какие экологические особенности характерны для растений пустынь?

2. Как используются экосистемы пустынь человеком?

3. Почему экосистемы пустынь легко ранимы?

Справочный материал

Пустынные многолетники имеют разветвленные и глубокие корневые системы, которые по биомассе могут в 100 раз превышать надземную часть растений. За счет этих корневых систем растения обеспечивают себя влагой, собирая ее из всего корнеобитаемого слоя. Есть виды, которые достигают корнями грунтовых вод на глубине 8-10 м.

Интересен опыт сухого земледелия в пустынях. Под руководством туркменского академика Н.Т. Нечаевой разработан уникальный метод создания «агропустынь» - многовидовых сообществ из местных видов кустарников, полукустарников, кустарничков и трав. Обычно эти виды встречаются в разных пустынных сообществах, но в «агропустынях» они растут вместе за счет дифференциации экологических ниш. В результате резко повышается продуктивность «агропустынь» по сравнению с естественными пустынными пастбищами. Такие искусственные пастбища не требуют полива, удобрений, пестицидов и при умеренных пастбищных нагрузках могут служить 20-25 лет.

§ 51. ГОРНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Горы занимают значительные площади суши. На территории России расположены такие крупные горные системы, как, Кавказ, Урал, Копет-Даг, Памир, Тянь-Шань, Алтай, Сихотэ-Алинь, Саяны и др. Горные экосистемы - важнейший фактор формирования климата, так как они служат естественными преградами при перемещении больших воздушных масс и облаков, несущих дожди. Вершины высоких гор покрыты вечными льдами, и эти ледники являются важнейшим источником воды для питания рек, сбегающих с гор.

Особенностью горных экосистем является высокое биологическое разнообразие за счет вертикальной поясности (79). Элементы вертикальной поясности в разных горных системах разные и определяются их высотой и климатом. На Кавказе широко представлены буковые леса в лесном поясе и альпийские луга и лишайниковые пустоши в высокогорьях. В горных системах Южной Сибири и Центральной Азии широколиственных лесов нет, и лесной пояс представлен лиственничниками, зарослями грецкого ореха, редколесьями из арчи (можжевельника). Выше пояса леса в этих горах расположены особые сообщества растений-подушек с плотно сближенными короткими побегами.

В любой горной системе богатство флоры и фауны в несколько раз выше, чем на окружающей равнине. Кроме того, в составе растительного и животного населения гор много видов-эндемиков, т. е. имеющих малые ареалы (области распространения), обычно ограничивающиеся одной горной системой или ее частью.

Все горные экосистемы обладают низкой устойчивостью к режиму хозяйственного использования. В высокогорном поясе их уязвимость экосистем к хозяйственному воздействию человека, включая и влияние рекреации, связана с низкой биологической продуктивностью сформировавшихся там сообществ. В среднегорном поясе она связана с опасностью эрозии почв. Почвы могут разрушаться при распашке склонов, сведении лесов и интенсивном выпасе.

В результате хозяйственного использования снижается верхняя и повышается нижняя граница лесного пояса, а по южным склонам лес может полностью исчезнуть и замениться травяной растительностью. Под влиянием человека возможно развитие селей и сход снежных лавин.

Горные экосистемы требуют самого щадящего режима использования или полного заповедования. Большая часть горных систем США, Швейцарии, ФРГ, Австрии, Италии и Испании превращена в национальные парки и заповедники. Целый ряд заповедников создан на горных территориях нашей страны (Кавказский, Сихотэ-Алинский, Саяно-Шушенский, Южно-Уральский и др.). В будущем России предстоит увеличить площадь заповедников и национальных парков в горных экосистемах. При этом необходим строгий контроль в зонах их рекреационного использования, так как туризм (и даже горнолыжный спорт) может вызвать необратимые изменения горных экосистем - хранителей климата, пресной воды и биологического разнообразия.

Контрольные вопросы

1. Почему горные экосистемы имеют высокое биологическое разнообразие?

2. Какие отрицательные влияния на горные экосистемы оказывает хозяйственная деятельность человека?

3. Приведите примеры заповедников, в которых охраняются горные экосистемы.

§ 52. БОЛОТНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Болотами называются участки суши, которые постоянно или большую часть года переувлажнены, и потому в болотных экосистемах образуется детрит в виде торфа. На болотах растут мхи, травы, кустарники и деревья, приспособившиеся к условиям переувлажнения. (Рис. 80, 81, 82, 83.)

Общая площадь болот в России составляет около 6% территории. Распространены они в основном в лесной зоне, хотя по речным поймам проникают в лесостепную и даже степную зоны. Самые обширные болота - в Западно-Сибирской низменности. В недалеком прошлом болот было больше, но их осушили. В Нечерноземье это позволило создать новые гектары продуктивных лугов и пашни. Тем не менее результаты осушения во многих случаях, особенно в лесостепи, неудачны. На полях, созданных на месте торфяников, урожаи трав и овощей низкие. В то же время осушение неблагоприятно сказывается на состоянии природы.

Болота играют важную роль как регуляторы гидрологического режима территории. В период избытка влаги - в осеннее ненастье и когда тают снега, - болота накапливают воду, а в сухое время года постепенно отдают ее ручьям, которые, сбегая в реки, поддерживают их водность. Болота - санитары сельскохозяйственных экосистем. Стекающая в них вода содержит удобрения, остатки пестицидов, разлитые нефтепродукты, навозные стоки, а вытекающие из болота ручьи полностью очищены от этих примесей.

Кроме того, на болотах живут многие ценные промысловые животные, такие, как ондатра, заяц-беляк, лось, гнездятся и кормятся утки и кулики.

Залежи торфа на болотах иногда достигают пятиметровой толщины, и часть его можно использовать как ценное органическое удобрение. Однако, как и при осушении, при организации торфоразработок нужно учитывать, что экономическая выгода может оказаться меньше вреда, который принесет ухудшение водного режима территории. Главная польза от болот - сохранение воды и улучшение ее качества.

Во многих районах России осушение болот запрещено, т.к. невысокий доход от осушенных земель не идет в сравнение с убытком, который наносится природе, и в первую очередь - гидрологическому режиму ландшафтов. Осушение крупных массивов болот, кроме того, вносит свой вклад в формирование парникового эффекта: если нормально функционирующее болото в своем торфе связывает углерод, то осушение болот в большинстве случаев ведет к минерализации торфа и выделению в атмосферу большого количества углекислого газа.

Контрольные вопросы

1. Какова главная особенность болотных экосистем?

2. В чем экологическое значение болот?

Выгодно ли осушение болот?

§ 53. ПРЕСНОВОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Пресноводные экосистемы снабжают водой города, села, промышленные объекты. В реках и озерах водятся ценные виды рыб. В прудах разводят рыбу (карп, толстолобик).

Как и другие естественные экосистемы, пресноводные экосистемы России испытывают сильное влияние человека: они загрязняются и истощаются в результате больших водозаборов, которые не компенсируются поступлением в водоемы воды с осадками и грунтовыми водами.

Во многих пресноводных экосистемах России сложилась тяжелая экологическая ситуация, например, в густо населенном бассейне Волги, где на 8% территории России проживает 42% населения страны. Реки этого бассейна, и в первую очередь сама Волга, испытывают влияние гидротехнических сооружений, которых только на Волге и Каме - 14 (самое крупное - Куйбышевское водохранилище), и выбросов большого числа предприятий в городах, расположенных на Волге и ее притоках. Загрязняют Волгу и сельскохозяйственные стоки, в которых растворены удобрения и пестициды. В итоге - падает качество воды в великой реке, гибнет некогда знаменитое стадо осетровых рыб.

В сложном положении находится и экосистема самого большого озера Европы - Ладожского, воды которого питают Неву и Санкт-Петербург. В это озеро с некогда чистой водой и богатыми запасами рыбы сбрасывают свои отходы 290 предприятий, Воды озера эвтрофицированы, содержание питательных элементов повышено в 20-30 раз. Страдает от промышленного загрязнения и озеро Байкал, в который сбрасывает ядовитые стоки крупный целлюлозно-бумажный комбинат.

Исправить экологическую ситуацию в водоемах России нелегко. Например, в ближайшие десятилетия невозможно спустить водохранилища Волжского каскада - это потребует огромных вложений, в первую очередь для развития транспорта. Сегодня по Волге ходят морские суда, которые не смогут пройти по обмелевшему фарватеру, и его придется искусственно углублять. Потребуются и новые железнодорожные линии и многие тысячи дополнительных вагонов. Придется возместить энергосистеме России потерю от прекращения работы волжских ГЭС и построить несколько крупных теплоэлектростанций, а запасы топлива ограничены. Наконец, на дне водохранилищ скопилась огромная масса токсичных отходов. Преобразовать дно в плодородные земли будет далеко не простым делом.

Главное для спасения экосистемы водоемов (и Волги тоже) - это внедрение оборотной системы водопользования в промышленности, когда вода для нужд предприятия используется многократно: после очистки или охлаждения включается в производственные процессы повторно. Резкое сокращение токсичных сбросов возможно также, если будет изменена технология и усовершенствована система доочистки сбрасываемых в водоемы промышленных вод. Опыт восстановления экосистем Рейна и Темзы показывает, что это вполне реально.

Спасение Ладожского озера и Байкала также не в закрытии расположенных на их берегах предприятий по производству целлюлозы, а в изменении технологии. Финская промышленность доказала, что производство бумаги может и не сопровождаться загрязнением среды.

Водные экосистемы - стации для обитания промысловых животных - рыб и птиц. В последние годы благодаря интенсивному лову (в первую очередь - браконьерскому, то есть не согласованному с экологическими нормативами предельно допустимого вылова разных видов рыбы) количество ценных видов рыбы значительно снизилось. Особенно страдает популяция осетровых рыб Волги, Урала, Дона, Оби, Лены.

Контрольные вопросы

1. Какие основные нарушения водных экосистем происходят при их хозяйственном использовании?

2. В чем сложность экологической ситуации в бассейне Волги и как можно ее улучшить?

3. Что угрожает водным экосистемам Ладожского озера и Байкала?

Справочный материал

Главный потребитель воды в мире - сельское хозяйство. Оно потребляет 70% всей используемой человеком воды. В России - основной потребитель пресной воды - промышленность.

В промышленности потребителями воды являются практически все отрасли, особенно много ее расходуют тепловые и атомные электростанции. На производство 1 т хлопчатобумажной ткани требуется 250 м3 воды, синтетической ткани - 5000, синтетического каучука - 2000, никеля - 4000, чугуна - 200 м3. В России преобладает однократное использование воды предприятиями, что усугубляет ее дефицит. В США преобладают оборотные системы водопотребления. Там каждый кубометр пресной воды, прежде чем вернуться в водоем, используется в среднем 9 раз, к концу столетия оборотность должна достигнуть 17 раз.

Норма отъема речного стока не должна превышать 1/25, а из Волги забирается 1/6 часть воды.

Пример трагических последствий значительного превышения допустимого водозабора из рек - судьба Аральского моря. Из Амударьи и Сырдарьи, которые питают это большое озеро с соленой водой, забиралось слишком много воды на орошение, и это послужило одной из причин того, что Арал начал усыхать. Уровень воды упал на 14 м, а площадь его водного зеркала сократилась в 2 раза. На месте дна моря появились безжизненные равнины, покрытые толстым слоем соли. С этих равнин ежегодно поднимается в атмосферу до 75 млн. т соли, которая достигает ледников Тянь-Шаня и Памира и ускоряет их таяние. Следы аральской соли обнаружены даже в Северном Ледовитом океане, а ее серьезное влияние будет испытывать значительная часть южных районов России. Крайне сложно исправить сложившуюся ситуацию, так как для перекрытия убытка моря-озера нужны многие тысячи кубических километров воды. Арал, как и Чернобыль, - страшные последствия экологической безграмотности и бесхозяйственности.

В России более двух миллионов малых рек, значительная часть их уже погибла или гибнет, Подмосковье за последние 130 лет лишилось 20% малых рек. Только в Москве закопано и заключено в трубы 80 речек, а оставшиеся 36 доживают свой век.

С 1950 г. по 1986 г. в мире было построено около 36 тысяч крупных плотин (выше 15 м), половина из них - в Китае. В результате водохранилища мира сейчас содержат 3500 км3 воды, примерно столько же потребляется в мире в год. В бассейне реки Колорадо построено 333 водохранилища, 345 дамб, 30 тыс. км основных каналов и 70 тыс. км боковых каналов, 198 насосных станций и 50 ГЭС. В результате на 1 км течения реки приходится 30 км каналов.

Водные экосистемы играют важную рекреационную роль, их использование нормируется так же, как количество посещений отдыхающими леса. На 1 га водной поверхности должно быть не более 5-10 весельных лодок, а на одну моторную или парусную лодку необходимо 1,5-8 га. Одному купающемуся необходимо выделить от 4 до 25 м2 водной поверхности, 20-40 м2 пляжа и 300 м2 прилегающей к пляжу прибрежной территории. Если эти нагрузки превышать, то водная экосистема начнет разрушаться.

Загрязняет водные экосистемы и речной транспорт. На озере Байкал, например, плавают 400 судов разного размера, они сбрасывают в воду около 8 т нефтепродуктов в год.

§ 54. МОРСКИЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Морские экосистемы играют огромную роль в жизни человека: через них пролегают транспортные пути, связывающие различные страны и их регионы (в России они особенно важны для районов Крайнего Севера). В морях добывают рыбу, составляющую важную статью в питании, а также другие дары моря: кальмары, крабы, креветки. В мелководных районах (на шельфе) северных морей открыты месторождения нефти и газа, которые в скором времени начнут разрабатывать и в России.

Морские экосистемы принципиально не отличаются от пресноводных, и в них основной продуцент - микроскопический фитопланктон, хотя в Белом море и особенно в морях Тихого океана обильно развиваются крупные морские водоросли, в том числе ламинария, которую называют морской капустой. (Рис. 84.) Цветковых растений в морях мало (на отмелях встречается зостера морская и некоторые другие морские травы).

Время жизни одноклеточных водорослей очень непродолжительно, и в биомассе морских экосистем преобладают гетеротрофы, которые поедают фитопланктон и живут дольше. Как и в пресноводных экосистемах, продуктивность морских экосистем выше, чем запас биомассы. По продуктивности морские экосистемы сходны с пустынями. Особенно низка продуктивность морей Северного Ледовитого океана.

Как и пресноводные, морские экосистемы испытывают сильное влияние хозяйственной деятельности человека. Главные факторы, нарушающие экологическое равновесие, - это загрязнение и чрезмерный (к тому же часто проводимый тяжелыми тралами, нарушающими бентосную часть экосистемы) вылов рыбы и других морепродуктов. Поскольку эффектом самоочищения обладают лишь пограничные слои воды, составляющие не более 2-3% объема мирового океана, его экосистемы уже не в состоянии справляться с загрязнением, вызывающим их деградацию.

Моря РФ по степени загрязнения располагаются по убывающей в следующий ряд: Азовское - Черное - Каспийское - Балтийское - Японское - Баренцево - Охотское - Белое - Море Лаптевых - Карское - Восточно-Сибирское - Берингово - Чукотское.

Контроль загрязнения морей осложняется быстрым перемещением океанических вод течениями, что делает все государственные морские границы весьма условными. Как писал Тур Хейердал, «…государства могут делить между собой сушу, но не океан, который всегда в движении… и вечно будет всеобщим и неделимым богатством всего человечества».

Для спасения морских экосистем необходимо резко снизить их загрязнение (для этого принимают меры: в приморских городах строят более надежные очистные сооружения, запрещено мытье танкеров в открытом море), контролировать лов рыбы, использовать легкие тралы.

Контрольные вопросы

1. Продуктивны ли морские экосистемы?

2. Почему в морских экосистемах биомасса гетеротрофов (консументов) больше биомассы продуцентов?

3. Как влияет на морские экосистемы загрязнение?

4. К чему приводит превышение допустимых норм вылова рыбы?

5. Какие меры принимают для охраны морских экосистем и их обитателей?

Справочный материал

Уловы морской рыбы в России за время реформ сократились в два раза (с 8 до 4 тыс. т), что связано не столько с истощением рыбных ресурсов, сколько с уменьшением количества промысловых судов в два раза и с увеличением доли лова лососевых рыб и крабов, которые пользуются высоким спросом на мировом рынке (до этого основными объектами промысла были минтай и мойва).

В морских экосистемах начиная с 60-х годов превышались нормативы вылова рыбы, что особенно пагубно сказывалось на низкопродуктивных экосистемах северных морей. Настоящая экологическая катастрофа разразилась в Баренцевом море, где в 60-е годы было выловлено много трески и сельди. Когда уловы этих видов рыб снизились, рыбаки начали лов мойвы и сайки. Вылов этой мелкой рыбы, которая служит пищей трески, сельди и морских птиц (чаек и кайр), окончательно подорвал продуктивность популяций сельди и трески и привел к снижению численности птиц. Исчезли птичьи базары. От чрезмерной добычи пострадала и популяция гренландского тюленя в северных морях.

В 30-50-х гг. широко проводились работы по акклиматизации видов рыб и беспозвоночных, которые являются кормом для рыбы. В Каспийское море успешно акклиматизирована черноморская кефаль двух видов, в Аральское - каспийская севрюга. Из Азовского моря в Каспий были успешно акклиматизированы один из видов многощетинковых червей и один вид моллюска. В 1956 г. на побережье Мурмана была успешно акклиматизирована дальневосточная горбуша, однако попытки акклиматизировать там камчатского краба дали неожиданный результат: он переместился и размножился в более теплых водах Норвежского моря, где теперь успешно промышляется норвежскими рыбаками.

В Мировой океан сброшено около 20 млрд. т мусора - от бытовых стоков до радиоактивных отходов. Каждый год на каждый 1 км2 водной поверхности добавляют еще по 17 т мусора.

Ежегодно в океан выливается более 10 млн. т нефти, которая образует пленку, покрывающую 10-15% его поверхности; а 5 г нефтепродуктов достаточно, чтобы затянуть пленкой 50 м2 водной поверхности. Эта пленка не только уменьшает испарение и поглощение диоксида углерода, но и вызывает кислородное голодание и гибель икры и молоди рыб.

Часть поверхности Черного, Азовского и Каспийского морей покрыта нефтяной пленкой. Эти моря, кроме того, загрязняются остатками удобрений и пестицидов, которые приносят впадающие в них реки. Неблагоприятное экологическое состояние Черного моря усугубляется высоким содержанием сероводорода, который образуется в морских глубинах и делает их безжизненными. Обедняются фауна и флора верхней части толщи воды и прибрежной зоны. Гибнут мидии, которых называют «почками моря» (потому что они фильтруют воду). Густые заросли полезных водорослей (особенно филлофоры), занимавшие раньше более 10 тыс. км2 на северо-западном шельфе, теперь сохранились лишь на 1/10 этой территории.

В Балтийском море концентрация нефтепродуктов в 10 раз выше средней в мировом океане. Особенно сильно загрязнен Финский залив. Аналогично в Японском море сильно загрязнен залив Петра Великого.

Моря Северного Ледовитого океана загрязнены слабее, один из основных источников загрязнения - Северо-Атлантическое течение, которое переносит загрязненные воды от побережий промышленно развитых стран Западной Европы. Однако низкая температура воды и малая биологическая продуктивность этих морей мешают быстро избавиться от загрязнения. Нефть, не разлагаясь, может сохраняться там до 50 лет. В более теплых водах морей Тихого океана процесс разложения нефти и других промышленных загрязняющих веществ происходит быстрее.

Суда и при нормальной работе загрязняют Мировой океан, а аварии танкеров, когда в воду выливается огромное количество нефти, становятся настоящими экологическими катастрофами. В 1989 г. в водах Аляски потерпел аварию танкер, из которого вылилось в океан 40 тыс. т нефти. Ликвидация последствий обошлась в 2 млрд. долл., в работах участвовало 1400 судов, 85 самолетов и 12 тысяч человек.

На морских экосистемах также сказывается воздействие теплового загрязнения. Так, экосистема Копорской губы Финского залива страдает от теплового загрязнения из-за Ленинградской АЭС. Это загрязнение усилило процесс эвтрофикации экосистемы, зеленые водоросли в значительной мере сменились цианобактериями, обеднился состав рыбной фауны (резко уменьшилась плотность популяций салаки, теперь больше вылавливают мелкую колюшку). При строительстве АЭС на побережьях необходимо учитывать их будущее воздействие, в том числе и тепловое, на морские экосистемы. Крупные АЭС опасны для морских экосистем.

Серьезно нарушено экологическое равновесие Северного моря. Европейские страны (особенно ФРГ) сбрасывают в него свои стоки. Это привело к бурному росту в 1988 г. водоросли хризомулина полилепис («водоросль-убийца»), выделяющей токсины и закупоривающей дыхательные пути. Ее жертвами стали тысячи тонн рыбы.

Повышается уровень загрязнения Средиземного моря, которое древние римляне называли «Маре нострум» («наше море»). По ироничным оценкам современных экологов, оно превратилось в «море-монстр», не справляющееся с огромным потоком грязи, которую несут в него Рона из Франции, По из Италии, Нил из Египта. В будущем положение может еще более ухудшиться. К 2025 г. прогнозируется удвоение населения приморских стран, повышение интенсивности туристского потока в 2,5 раза, увеличение автомобильного парка стран Северной Африки в 13 раз. Все это дало основание Жаку Кусто называть Средиземное море «морем без надежды»: узкий Гибралтарский пролив и еще более узкий Суэцкий канал не могут обеспечить обмен вод Средиземноморья с мировым океаном.

В Мраморное море сбрасывает бытовые стоки девятимиллионный Стамбул. В результате этот водоем, служивший некогда нерестилищем для рыбы Черного моря, превращается в зловонное болото, поверхность которого покрыта экскрементами и нефтяными пятнами.

В 1993 г. проведена международная акция по очистке морских побережий от твердых отходов. Около 160 тысяч добровольцев в 33 странах мира «прочесали» более 8 тыс. км берегов. Они собрали почти 5,5 млн. предметов, выброшенных людьми в море, а морем - на берег. 58,8% собранного составляют предметы из пластмасс; 16,8% (около 900 тыс. шт.) - окурки от сигарет с фильтром; 12,7% - бутылки и банки из-под напитков, а также пробки и крышечки от них. Рыбное снаряжение и его остатки (леска, блесны, обрывки сетей, поплавки) составляют всего 1% мусора. Но это самый опасный процент: запутавшись в обрывках лески или сетей, гибнет немало морских животных.

В Японском море созданы первые морские «фермы», на которых разводят морских моллюсков - гребешков и гигантских устриц. Начато культивирование «морского женьшеня» - трепанга и искусственное выращивание ламинарии. В тихоокеанских морях организована эффективная защита популяции редких морских животных - каланов (морских выдр) и котиков (рис. 85).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При рациональном природопользовании из экосистемы извлекают столько различной биологической продукции и сбрасывают в нее столько загрязняющих веществ, сколько не нарушит работы механизма восстановления экологического равновесия. Использовать естественные экосистемы нужно под девизом «охраняй, используя, и используй, охраняя». Объемы заготовки древесины не должны превышать ее продукции лесными экосистемами, и сама заготовка должна проводиться так, чтобы после рубки лес быстро восстанавливался естественным путем. Лесные экосистемы не должны страдать от промышленного загрязнения, пожаров, влияния отдыхающих, заготовки растительного сырья и отстрела промысловых животных выше экологического норматива.

Степные и луговые экосистемы не должны страдать от перевыпаса. Добыча нефти в тундре не должна приводить к разрушению этих хрупких экосистем с невысокой биологической продуктивностью. Пресноводные и морские экосистемы не должны загрязняться, а вылов даров моря должен укладываться в норматив, отражающий возможность их самовосстановления. Горные и болотные экосистемы целесообразно не использовать, а охранять.

К сожалению, сегодня нам приходится сталкиваться с ситуациями, когда экологическое равновесие экосистем разрушается и использование их идет по принципу «после нас - хоть потоп». Из этой главы вы узнали о проблемах, стоящих перед лесной промышленностью, перед нефтяниками, добывающими «черное золото» в тундре, перед рыбаками, ведущими промысел в морях. Было бы очень просто сказать им: «Прекратите влиять на эти экосистемы, дайте им возможность жить по своим законам». Но это невозможно, так как и без того небогатое наше общество не сможет выжить, если резко сократится добыча древесины или нефти и окончательно пропадут с прилавков наших магазинов дары моря.

И потому в каждом разделе этой главе были описаны способы исправления возникших кризисных экологических ситуаций без превращения всех естественных экосистем в заповедники.

Природа не прочь поделиться своими богатствами с человеком. Но она наказывает его за экологические ошибки, особенно если он пытается получить от природы «сверхприбыль». Задача этой главы как раз и заключалась в том, чтобы рассказать, как можно сотрудничать с природными экосистемами, не делая серьезных ошибок.

Индивидуальное задание

Тема реферата: «Рациональное природопользование - путь к сотрудничеству человека и природы».

Рассмотрите принцип «используй, охраняя, и охраняй, используя» на примере одного или двух типов экосистем вашего района. Приведите в своем реферате также примеры неправильного природопользования и проанализируйте ошибки, которые делает при этом человек, укажите пути выхода из ситуации. Для выполнения задания можно использовать следующую литературу:

Бобров Р.В. Экзамен на лесничего. М.: Просвещение, 1990.

Ныммсалу Ф.Р. Охотничья этика. М.: Агропромиздат, 1989.

Голубое богатство. М.: Агропромиздат, 1991.

Петров В.В. Жизнь леса и человек. М.: Наука, 1985 (Серия «Человек и окружающая среда»).

Реймерс Н.Ф. Природопользование: Словарь-справочник». М.: Мысль, 1990.

Реймерс Н.Ф. Охрана природы и окружающей человека среды: Словарь-справочник». М.: Просвещение, 1992.

Глава 11. СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ (АГРОЭКОСИСТЕМЫ)

Вопросы рационального природопользования в сельском хозяйстве изучает сельскохозяйственная экология, или агроэкология (от греческого слова агрос - поле). Ее рекомендации позволяют сочетать получение высоких урожая на полях и выхода животноводческой продукции с сохранением плодородия почв и продуктивности сенокосов и пастбищ. В правильно организованном хозяйстве производят экологически чистые продукты и не загрязняют атмосферу и воду. В итоге агроэкология помогает сохранять не только природу, но и здоровье человека.

§ 55. СОСТАВ И СТРУКТУРА АГРОЭКОСИСТЕМЫ

Агроэкосистемы - это сельскохозяйственные предприятия, типичные социоприродные экосистемы, которые формирует человек, исходя из своих интересов, но за счет использования организмов, созданных самой природой (хотя и измененных им в процессе искусственного отбора).

Агроэкосистемы автотрофны: основным источником энергии для них служит Солнце. Дополнительная (антропогенная) энергия, которую использует человек при обработке почвы и которая затрачена на производство тракторов, удобрений, пестицидов и т.д., не превышает 1% от солнечной энергии, усваиваемой агроэкосистемой.

Как и естественная экосистема, агроэкосистема состоит из организмов трех основных трофических групп: продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты в агроэкосистеме - культурные растения, травы сенокосов и пастбищ, деревья садов, лесопосадок и естественных лесов, входящих в ее состав. Продуцентами являются также спутники культурных растений - сорняки.

Консументы в агроэкосистеме - человек и сельскохозяйственные животные. К консументам относятся также вредители полевых культур (от насекомых до сусликов и хомяков), паразиты (часто опасные для сельскохозяйственных животных), полезные насекомые (хищные и опылители), птицы, организмы-симбиотрофы (микоризные грибы и бактерии-азотфиксаторы).

Животные-детритофаги размельчают растительные остатки и облегчают деятельность бактерий. Особенно важна роль дождевых червей. Прошедшая через пищеварительную систему дождевого червя почва с растительными остатками склеивается в плотные комочки, что улучшает ее структуру. Эти комочки обогащаются калием, фосфором и азотом в форме соединений, доступных растениям. Кроме того, черви, прорывая ходы, разрыхляют почву и облегчают проникновение в нее корней. В хорошо унавоженной почве биомасса червей может составлять до 10-20 т на 1 га. Существуют специальные фермы, где разводят дождевых червей, которых вносят на поля для повышения урожая.

Редуценты в агроэкосистеме - это в основном бактерии. Они поддерживают плодородие почв, превращая пожнивные остатки в гумус, а гумус и вносимый на поля навоз - в более простые органические и минеральные вещества, доступные растениям. Однако среди редуцентов есть не только восстановители плодородия почв, но и его разрушители. Бактерии-нитрификаторы и денитрификаторы превращают аммонийные формы азота в нитраты, которые легко вымываются из почвы, и газообразный азот, улетучивающийся в атмосферу.

Человек управляет структурой и функцией сельскохозяйственной экосистемы (рис. 86):

- соотношением потоков вещества и энергии по пищевым цепям «растение - скот - человек» и «растение - человек», то есть определяет специализацию хозяйства для производства животноводческой или растениеводческой продукции;

- первичной биологической продукцией путем улучшения условий для роста и развития растений и выбора таких растений и таких способов их выращивания, которые обеспечивают наибольший урожай;

- вторичной биологической продукцией - продуктивностью сельскохозяйственных животных;

- состоянием ресурсов агроэкосистемы: почвами, биоразнообразием, гидрологическим (т.е. водностью рек и озер) и гидрохимическим (качеством воды) режимами агроэкосистемы.

Человек контролирует не все живое население агроэкосистемы, часть видов проникает в неё и живет помимо (или даже вопреки) его воле. Такие живущие сами по себе виды называются спонтанными. Среди них - и вредители, и растения-сорняки, и полезные животные: птицы, насекомые-хищники и др.

Все компоненты агроэкосистемы тесно связаны, хотя в ней не бывает полного экологического равновесия, как в естественных экосистемах. Поддерживать равновесие в агроэкосистеме должен сам человек. Если этого не делать, происходит разрушение ее ресурсов.

Контрольные вопросы

1. Почему агроэкосистема относится к автотрофным экосистемам?

2. Как в агроэкосистеме представлены основные трофические блоки: продуценты, консументы и редуценты?

3. Приведите примеры видов, которые поселяются в агроэкосистеме помимо воли человека?

4. Какими элементами структуры и функции агроэкосистемы управляет человек?

§ 56. ПОЧВА -- ГЛАВНЫЙ РЕСУРС АГРОЭКОСИСТЕМЫ

Главный ресурс агроэкосистемы - почва. Ее плодородие зависит от запаса органического вещества (гумуса), содержания доступных растениям питательных элементов, структуры, обеспеченности влагой, реакции почвенного раствора, содержания в нем ионов токсичных солей.

Гумус - кладовая плодородия. Он образуется микроорганизмами-гумификаторами из остатков растений и животных. Запас гумуса зависит от мощности гумусового слоя и от процентного содержания гумуса в нем. Мощность гумусового слоя у черноземных почв может достигать 1 м, а у лесных почв (подзолистых, серых) она составляет 10-30 см. Содержание гумуса в этом слое у черноземов 6-10%, у лесных почв - 2-4%.

Другая группа микроорганизмов высвобождает из гумуса в почвенный раствор питательные элементы. Среди них различают макроэлементы (азот, фосфор, калий), которые требуются растениям в большом количестве, и микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк и др.), которых растениям нужно немного. Все питательные элементы поглощаются из почвенного раствора корнями растений и выносятся из почвы с урожаем. Поэтому, если в почву не вносить удобрения (навоз, минеральные удобрения), то запасы элементов питания в ней иссякнут.

Азот может поступать в почву в результате жизнедеятельности микроорганизмов-симбиотрофов, свободно живущих в почве или в клубеньках на корнях бобовых. Чтобы увеличить биологическую азотфиксацию, расширяют площади посевов гороха, сои, люцерны, клевера и других многолетних и однолетних бобовых. Однако биологическая азотфиксация не всегда полностью компенсирует потери, которые понесла почва при уборке урожая. Приходится вносить навоз, содержащий много азота, или минеральные азотные удобрения.

Структура почвы - это форма и размеры комочков, на которые она распадается. Лучшая структура - мелкокомковатая. Внутри комочков складываются условия для деятельности микроорганизмов-гумификаторов, образующих гумус, а между комочками - для микроорганизмов, которые разлагают гумус до доступных растениям минеральных соединений.

На плодородие почвы влияет обеспеченность ее влагой. Урожай снижается при недостатке воды, что бывает в засушливые годы. Особенно часты засухи в южных степных районах. В этих районах плодородие снижается и вследствие засоления почв. В почвенном растворе содержатся растворимые в воде соли (хлориды, сульфаты, сода), препятствующие росту сельскохозяйственных растений. В европейском Нечерноземье плодородие почв снижается из-за кислой реакции почвенного раствора, что затрудняет поглощение корнями элементов питания.

...