Биоценотический уровень индикации

А. Тенсли в 1935 г. охарактеризовал особенности биоценозов: «Хотя организмы могут претендовать на то, чтобы мы уделяли им основное внимание, однако, когда мы более глубоко вдумаемся, то не можем отделить их от конкретной окружающей обстановки, вместе с которой они составляют единую физическую систему. Такие системы, с точки зрения эколога, являются основными единицами природы на земной поверхности». В структуре биоценозов определяют: продуценты — главную энергетическую часть, образованную автотрофными зелеными растениями, синтезирующими живое вещество; консументы — потребляющие аккумулированную растениями солнечную энергию в живом веществе, представленные в основном животными, и редуценты — гетеротрофные организмы, разрушающие отмершее вещество и отходы: бактерии, грибы и беспозвоночные (рис. 18).

Биоценозы активно противостоят различным нарушающим воздействиям, перераспределяя функциональные нагрузки внутри системы в пределах устойчивости. В зависимости от совокупности климатических, ландшафтных и других условий формируются биоценозы различного типа: океанические, пресноводные, тропические, лесные, степные, тундровые, обладающие различной устойчивостью и временем восстановления при нарушении их гомеостаза. Значительные изменения условий среды приводят к изменению структуры биоценозов, при этом один тип биоценоза сменяется другим. Такой характер изменений носит название сукцессии. Наиболее исследованы восстановительные сукцессии, вызванные нарушением или уничтожением основного природного биогеоценоза в результате пожара, лавины или деятельности человека. Как правило, современные биоценозы в результате антропогенной деятельности в 70% случаев находятся на той или иной восстановительной стадии сукцессии. В случае уничтожения кедрача происходит активное развитие разнотравья, сменяющееся кустарниковой растительностью, затем березой, осиной, сосной, пихтой, елью и только на последнем этапе — кедром. Весь процесс занимает от 200 до 500 лет. Следовательно, российское березовое ожерелье — хороший биоиндикатор разрушенных человеком коренных природных биогеоценозов. Сукцессионные ряды построены для многих типов биоценозов, что позволяет на основании их видовой идентификации определять этапы восстановления.

В этом отношении большой интерес представляют исследование и индикация регрессионной сукцессии, когда при воздействии антропогенных факторов происходит последовательная деградация биоценозов. Наблюдения показывают, что такие изменения носят лавинообразный характер с промежуточными стадиями относительной устойчивости в короткие промежутки времени при незначительных, с точки зрения современного человека, антропогенных изменениях среды. В качестве примера можно рассмотреть деградацию второго по величине, после Байкала, в бывшем СССР озера Балхаш, площадью около 18300 кв. км.

С древних времен на территории степей и полупустыни находилось уникальное озеро Балхаш. Это озеро среди барханов является жемчужиной Казахстана. Многие тысячелетия к нему вели пути кочевников. Казахи называют это прекрасное озеро Отец. Две реки с горных отрогов Тянь-Шаня несли свои воды в Балхаш: Или и Каратал. Несмотря на свою относительно небольшую глубину (15-20 м), за многие тысячелетия озеро сформировало уникальную устойчивую экосистему. В самом озере в изобилии водились сазан, осман, маринка, окунь. Камыши и плавни вокруг озера служили надежным укрытием для многочисленных птиц: уток, чаек, пеликанов, цапель, фазанов. Весенние прилеты утиных порой закрывали солнце, словно тучей. На побережье водились лисы, волки, тигры, кабаны. Успешно акклиматизированная ондатра давала в казну ежегодно до сотни тысяч шкурок. Казалось, ничто в мире не способно было нарушить идеальное состояние этого райского места среди пустыни.

В начале века в Прибалхашье обнаружены залежи меди, строится в 30–40-е годы один из самых крупных горнометаллургических комбинатов, отходы которого, включающие практически всю таблицу Менделеева, с повышенной концентрацией серной кислоты, без всякой очистки по каналу шириной 5 м и глубиной 1,5 м сплошным потоком ежедневно сбрасываются в озеро. Одна из впадающих в озеро рек перегораживается плотиной с целью создания вблизи г. Алма-Ата Капчагайского водохранилища. На южном берегу озера начинают заниматься рисоводством. Для борьбы с сорняками используется огромное количество минеральных удобрений и пестицидов, которые распыляются с самолета, а затем стекают в озеро. В результате ихтиологических разработок местных ученых мужей в Балхаш интродуцируются новые виды рыб: судак, жерих, сом, осетр, лещ, елец. Стремление к интенсификации животноводства в Прибалхашье приводит к необходимости весенне-осенних палов многолетнего камыша прибрежной зоны. В результате таких пожаров гибнет огромное количество птиц и животных. Выживших птенцов уток и ондатру начинают уничтожать сомы, популяция которых быстро возросла, но затем с такой же скоростью снизилась, оставаясь на стационарном непромысловом уровне.

Итак, можно выделить следующие этапы деградации озера, проходившие в течение 20 лет с 1960-го по 1980 г. в результате антропогенной деятельности. Загрязнение озера органическими отходами и пестицидами, приводящими к заражению и гибели рыбы и водоплавающей птицы. Зарыбление хищными породами рыб — к исчезновению эндемиков озера: османа, маринки, окуня и значительному сокращению популяций сазана, с последующим сокращением рыбных запасов, размножению ельца и леща и сохранению соответствующей кормовой базы невысокой численности жериха и сома.

В результате снижения уровня воды на 2–3 м и обмеления огромных площадей произошло интенсивное развитие сине-зеленых водорослей, заболачивание прибрежной зоны, приводящее к потере нерестилищ и усилению процессов загрязнения озера. В настоящее время озеро Балхаш как бы поделилось на две части: южную, в которую впадает река, более чистую, способную к восстановлению, и северную, обреченную на заболачивание. Самое любопытное заключается в том, что экологическая катастрофа озера совпала с закрытием рыбозавода, горнометаллургического комбината, бесплодными попытками разведения риса и даже Капчагайское водохранилище оказалось вроде никому и не нужным. Аналогичные процессы медленного накопления и деградации, только в более глобальных масштабах, наблюдаются вокруг всех атомных центров: Челябинска, Красноярска, Северска. Сбросы жидких радиоактивных отходов вначале в отстойные озера, где у кромки воды интенсивность излучения около 1000 мкР/час, затем по каналам (300 мкР/час) непосредственно в речные водоемы постепенно, но неуклонно насыщают биологическую среду долгоживущими радионуклидами. Так с предприятий г. Северска в Чернильщикову протоку р. Томи вот уже в течение 40 лет постоянно идет сброс жидких радиоактивных отходов (40–100 мкР/час). Все долгоживущие радионуклиды постепенно заполняют трофические цепи, накапливаясь у консументов различного трофического уровня, приводя к непрогнозируемым, но далеко ведущим разрушительным последствиям для всего Обского бассейна. Озера-отстойники активно используются утиными для гнездовья, а также для отдыха при весенне-осенних миграциях как наиболее спокойные водоемы, способствуя трансграничному переносу радионуклидов.

В отношении биоиндикации степени нарушения экосистем может быть достаточно широко использовано правило А. Тинемана: «Чем больше отклонения от оптимума, тем меньше видовое разнообразие, но относительно большее количество оставшихся видов».

Более дифференцированный анализ позволил нам предложить следующую последовательность индикации нарушений в экосистемах:

1. Исчезновение или уменьшение узкоспециализированных видов, характерных для коренных, сформировавшихся биоценозов.

2. Смена доминирующих видов.

3. Упрощение трофической структуры, снижение видового разнообразия экосистем.

4. Развитие или интродукция видов, устойчивых к характеру разрушающего биоценоз воздействия.

5. Элиминация, или снижение численности долгоживущих видов, или замена их короткоживущими быстроразмножающимися видами.

6. Скачкообразное изменение устойчивости биоценоза, перерождение его в другой, более примитивный, тип в результате медленной аккумуляции разрушающих влияний.

7. Чем глубже нарушена структура биоценоза, тем на более ранних фазах восстановления заканчивается сукцессионный процесс.

Замкнутость биоценозов по веществу неизбежно приводит к накоплению токсических веществ по трофическим цепям на верхних уровнях экосистем. В биогеоценозах тундры происходит увеличение концентрации Sr-90 и Ce-137 следующим образом: почва — 1000 у.е., лишайники — 300 у.е., олени — 6000 у.е., эскимосы — 10000 у.е. (Рамад, 1981).

Многочисленны примеры биоаккумуляции токсических веществ в водной среде (табл. 9).

Т а б л и ц а 9