Значение биоразнообразия в становлении экологической устойчивости и функционировании экосистем
УДК 574:581.4:591.5:575.85/89
В. Л. Булахов, И. Г. Емельянов, А. Е. Пахомов
Днепропетровский национальный университет, г. Днепропетровск, Украина
Институт зоологии им. И. И. Шмальгаузена НАН Украины, г. Киев, Украина
Разнообразие живых организмов всегда обращало на себя внимание исследователей. В первоначальном подходе к изучению разнообразия заметно стремление описать растительный и животный мир в отдельном регионе или континенте в таксономическом отношении. С усилением воздействия человека на природные процессы возникло новое направление – изучение влияния различных антропогенных факторов на разнообразие биоты, тесно связанное с важнейшей задачей сохранения генофонда. Эти два подхода в настоящее время тесно связаны между собой и определяют научные основы охраны природы, воспроизводства биологических ресурсов и рационального природопользования. Но значение биоразнообразия как экологической проблемы далеко выходит за пределы указанных подходов.
Несмотря на важность данной проблемы, ее в современном понимании начали изучать лишь немногим более трех десятилетий назад. Интенсивность исследований резко возрасла с последнего десятилетия ХХ века.
Среди множества вопросов, разрабатываемых в настоящее время в контексте учения обиоразнообразии, в настоящее время важное значение имеют: определение значения биоразнообразия в функционировании биосистем на различных уровнях их организации; установление характера связей и возможных механизмов, обеспечивающих гомеостаз биосистем в ходе их существования и развития; выяснение роли разнообразия в функционировании и эволюции экосистем; оценка роли биоразнообразия как составляющей функциональной производной в восстановлении и экологической реабилитации экосистем в условиях жесткого прессинга антропогенных факторов.
Для решения указанных вопросов требуется универсальный подход к данной проблематике, соответствующий универсальному понятию биоразнообразия, гомеостаз поддерживается за счет видового разнообразия биоты и выполняемых ею функций. В этом плане следует говорить о функциональном разнообразии, которому до настоящего времени не уделялось достаточного внимания. Понимание этого вопроса возникло в процессе изучения функциональной роли биотических элементов в различных биогеоценотических процессах. Исследования последних лет показали, что экологическая устойчивость и нормальное функционирование системы базируется на множественности и комплементарности организмов, способных к взаимозаменяемости.
Видовое и функциональное разнообразие определяют многоканальность разнообразных межэкосистемных, биогеоценотических, парцеллярных и консортивных связей. Многоканальность обеспечивает высокий уровень материально-энергетического обмена в системе, взаимозаменяемость биотических элементов в проявлении частных и общих функций. Чем сложнее система, тем она устойчивее к воздействию неблагоприятных антропогенных факторов. С усложнением организации системы растет видовое разнообразие биоты, возрастает ее функциональное значение в проявлении функций биогеоценозов. С другой стороны, значение видового разнообразия определяет уровень организации системы.
Равная антропогенная нагрузка в разных по уровню организации экосистемах приводит к различной степени обеднения биоразнообразия. Так, интенсивное загрязнение степных и лесных экосистем (одинаковыми ингредиентами в равных количествах) в условиях промышленного Приднепровья привело к катастрофической деструкции первых и умеренной трансформации вторых. В различных типах лесных экосистем влияние промышленного загрязнения вызывает различную степень обеднения биоразнообразия. Чем выше уровень организации лесных экосистем, отличающихся типом древостоя, полистациальностью, уровнем продуктивности и другими структурно-типологическими особенностями, тем большее видовое разнообразие высших гетеротрофов сохраняется при равной степени техногенного пресса. Снижение темпов обеднения видового разнообразия при увеличении степени загрязнения в более сложных лесных экосистемах свидетельствует о большей их экологической устойчивости. Причину этого мы видим в множественности и возможности комплементарного замещения одних видов другими в проявлении функций системы.
На экологическую устойчивость и на биоразнообразие значительное влияние оказывает и средопреобразующая деятельность животных. Различные функциональные проявления животных, обусловливающие биогеоценотические процессы и формирование экологических условий, способствуют сохранению и восстановлению биоразнообразия. На примере изучения средопреобразующей деятельности млекопитающих (роющая и экскреторная) в различных экосистемах показано значительное повышение уровня организации экосистем.
За счет оптимизации физико-химических свойств эдафотопа и увеличения степени биоразнообразия важнейших почвообразователей – микрофлоры и почвенной фауны – активизируются биологические процессы. Разнообразие микрофлоры под воздействием роющей и экскреторной деятельности млекопитающих возрастает на 21,7–54,6 %, увеличивается видовое разнообразие флористического комплекса (в зависимости от времени воздействия млекопитающих оно возрастает на 25–125 %). Видовой состав микроартропод и почвенных простейших увеличивается соответственно на 13–17 % и 37–180 %, почвенной мезофауны – на 14–160 %. Увеличение численности важнейших функциональных элементов ведет к возрастанию степени комплементарности биоты и, в целом, к повышению экологической устойчивости экосистемы. Это особенно важно в условиях усиленного техногенного воздействия на экосистемы.
Экспериментальное изучение средопреобразующей деятельности животных показало, что оптимизация физико-химических условий, изменение органо-минеральной части эдафотопа обусловливает блокирование тяжелых металлов путем перевода их из подвижных в неподвижные металлорганические соединения. Это, в свою очередь, способствует восстановлению биоразнообразия важнейших биотических элементов.
Восстановление видового разнообразия и количественного состава важнейших биотических элементов в эдафотопе ведет, как правило, к экологической реабилитации всей системы. Из приведенных фактических материалов можно сделать однозначный вывод о том, что биоразнообразие, отражающее уровень организации экосистем, является функциональной их основой, способной противостоять воздействию техногенных факторов. Это вполне согласуется с общей теорией гомеостаза Р. Эшби о регуляторной функции организмов в состоянии среды.
Таким образом, биоразнообразие отражает не только состояние и уровень организации экосистем, но и определяет их экологическую устойчивость и функцию в экосистемах. Оно должно служить научной основой для организации практических мер по оптимизации экосистем в условиях антропогенной трансформации и экологической реабилитации отработанных промышленным или сельскохозяйственным производством земель.
Zoocenosis — 2003
Біорізноманіття та роль зооценозу в природних і антропогенних екосистемах: Матеріали ІІ Міжнародної наукової конференції. – Дніпропетровськ: ДНУ, 2003. – 282 с.