Распределение биогеоценозов на Земле

Размещение биогеоценозов на планете, как и их формирование, зависит от условий их существования. Известный эколог Ю. Одум предложил различать следующие экосистемы (биогеоценозы) Земли.

Мировой океан. Океаны (их четыре) в целом составляют Мировой океан, занимающий почти 70 % поверхности Земли и содержащий около 96,5 % от общих запасов воды (таблица 1).

Таблица 1 – Запасы воды на Земле

Основные характеристики водной среды, имеющие наибольшее значение для понимания особенностей экосистемы Мирового океана, следующие: 1) глобальность размеров и огромные глубины, освоенные жизнью; 2) непрерывность, поскольку все океаны связаны друг с другом; 3) постоянная циркуляция воды (наличие сильных ветров, дующих на протяжении всего года в одном и том же направлении, наличие глубинных течений; 4) господство разных волн и приливов, которые вызваны притяжением Луны и Солнца и обусловливают заметную периодичность жизни сообществ; 5) соленость и буферность; 6) наличие растворенных биогенных элементов, которые, являясь лимитирующими факторами, определяют размеры популяций.

Отметим, что по своей структуре и динамике процессов океаносфера наиболее близка к атмосфере. Но ее масса в 300 раз больше массы воздуха, поэтому намного выше общее содержание энергии и веществ, более сильно и влияние океаносферы на формирование и изменение природы всей планеты. Интересно, что если океанические воды покрывают почти 3/4 поверхности планеты толщиной в среднем около 3800 м, то толщина всей атмосферы не превысит 10 м, если всю ее «сжать» до плотности воды.

Эстуарии и морские побережья (полоса между морями и континентами) характеризуются условиями с особыми экологическими признаками. Являясь своеобразной переходной зоной, они насыщены жизнью, которая включает многие тысячи видов, не встречающиеся ни в открытом море, ни в пресных водах. Поэтому эстуарии и морские побережья отличаются самыми продуктивными биоценозами. Их основные особенности: а) интенсивная циркуляция питательных веществ и конечных продуктов обмена, обусловленная приливами и отливами; б) весьма тесные контакты автотрофов и гетеротрофов; в) высокая круглогодичная первичная продукция; г) огромное разнообразие растительных организмов и жизненных форм.

Особыми биогеоценозами пресных проточных вод являются ручьи и реки. Хотя их площадь невелика в сравнении с таковой океанов и суши, они наиболее полно эксплуатируются человеком. Для организмов этих биогеоценозов особое значение приобретает подвижность воды (течение), способствующая перемешиванию, а также поступлению органического вещества из примыкающих озерных и наземных экосистем.

Озера и пруды характеризуются наличием стоячей пресной (иногда соленой) воды. Видовое разнообразие в пресноводных биоценозах невелико. Почти всем озерам и прудам свойственны достаточно четкая зональность и стратификация, т.е. разделение водной толщи на слои различной плотности, что препятствует перемешиванию вод.

Пресноводным болотам присущи периодические колебания уровня воды, потенциально они обладают высоким плодородием и стабильностью. В процессе естественной сукцессии болота вытесняются наземной древесной растительностью.

Почвенный покров представляет собой самостоятельную земную оболочку – педосферу. Согласно В.И. Вернадскому, почва – это биокосное тело, состоящее одновременно из живых и косных (неорганических) тел – минералов, воды, воздуха, органических остатков.

Почва представляет собой не просто твердое тело, как большинство пород литосферы, а сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Она пронизана полостями, заполненными смесью газов и водными растворами, и поэтому в ней складываются самые разнообразные условия, благоприятные для жизни множества микро- и макроорганизмов.

Плодородный слой почвы формировался на протяжении тысячелетий вследствие взаимодействия воды, воздуха, тепла, растительных и животных организмов (прежде всего микроорганизмов) с почвообразующей горной породой.

Толщина почвы в среднем составляет 18…20 см, но в некоторых районах суши может колебаться от нескольких сантиметров до 1,5…3 метров.

Важнейшим свойством почвы является плодородие – способность обеспечивать растения в период их жизнедеятельности водой, питательными веществами и воздухом. Способствуют этому живые организмы (растения, животные и микробы), связанные с почвой и составляющие вместе с ней сложные экологические системы – биогеоценозы.

Минеральный состав почвы включает в себя кремнезем (около 50 %), глинозем (до 25 %), оксиды железа, магния, калия, фосфора, кальция (до 10 %). Органические вещества, поступающие в почву с растительным спадом, содержат углеводы, белки, жиры, а также конечные продукты обмена – смолы, воск, дубильные вещества. Под действием разных факторов эти вещества в почве минерализуются, т.е. превращаются в относительно простые неорганические вещества (диоксид углерода, аммиак и др.), а частично трансформируются в более сложные соединения – перегной или гумус.

В почве выделяют три основных горизонта, различающихся по морфологическим и химическим свойствам: 1) верхний перегнойно-аккумулятивный горизонт (А), в котором накапливается и преобразуется органическое вещество и из которого промывными водами часть соединений выносится вниз; 2) горизонт вымывания, или иллювиальный (В), где оседают и преобразуются вымытые сверху вещества; 3) материнскую породу, или горизонт (С), материал которой преобразуется в почву (рисунок 1).

Структурные горизонты почв благодаря их рыхлому сложению хорошо осваиваются корневыми системами растений.

В почве концентрируются запасы органических и минеральных веществ, поставляемых отмирающей растительностью и остатками животных. Поэтому в ней постоянно обитает огромное количество организмов различных групп: черви и мелкие членистоногие; разные млекопитающие (мышевидные грызуны, кроты, суслики и т.д.); бактерии; простейшие. Обитатели почвы в результате своей жизнедеятельности производят большую почвообразовательную работу. В частности они смешивают различные её слои между собой, переносят в глубину почвы органические вещества, разлагают и минерализуют листовой опад, отмершие организмы и т.д.

По целому ряду экологических особенностей почва является средой, промежуточной между водной и наземно-воздушной.

Почвенный покров Земли не только питает растения, но и выполняет ряд функций, которые связаны с естественным биогеохимическим круговоротом веществ: минерализация остатков организмов, органических веществ; аккумуляция и распределение энергии, прошедшей через фотосинтез растений; формирование стока речной воды и химического состава суши.

Особо следует отметить уникальную особенность почв – способность к самоочищению, т.е. процесс естественного разрушения загрязнителя в почве в результате природных физических, химических и биологических процессов. При этом загрязнитель разлагается до форм, усваиваемых живыми организмами и вовлекаемых далее в биотический круговорот веществ. Оно основано на поглощении и разложении загрязнителей главным образом микроорганизмами и зависит от их количества и физиологической активности. Длительность процесса самоочищения резко меняется в зависимости от географического места, например, на севере оно идет медленно.

Таким образом, почва – гигантская экологическая система, оказывающая, наряду с Мировым океаном, решающее влияние на всю биосферу. Она активно участвует в круговороте веществ и переносе энергии в природе, поддерживает газовый состав атмосферы Земли и выполняет другие функции планетарного масштаба.

Лес. Самыми распространенными и наиболее ценными среди всех типов наземных экосистем являются лесные. Запасы растительной массы в лесных экосистемах составляют 82 % фитомассы планеты. Общая лесная площадь составляет более 30 % площади суши. Доля северных хвойных лесов (в основном это Россия, Канада и США) составляет 14…15 %, тропических – 55…60 %. Россия обладает почти 25 % мировых запасов древесины и 50 % ценных хвойных лесов мира.

Леса располагаются следующим образом: сразу от тундры к югу начинаются обширные вечнозеленые хвойные леса, в более южных районах располагаются лиственные (листопадные), далее следуют вечнозеленые, а также сбрасывающие листву (на период засух) тропические леса.

Лесные биогеоценозы существенно влияют на почвообразование, климат, гидрологический режим. Будучи одним из самых мощных аккумуляторов живого вещества в биосфере, лес активно взаимодействует с атмосферой и определяет уровень обмена кислородом и диоксидом углерода.

Высока роль леса в возобновлении кислорода атмосферы. Установлено, что более 60 % биологически активного кислорода в кислородном балансе планеты вырабатывается лесными экосистемами, остальные 40 % обеспечивает растительность морей, океанов и культурных агроэкосистем. Лес очищает воздух от пыли, осаждая ее на поверхности листьев и переводя далее с потоками дождевой воды в почву. За год 1 га леса может осадить из воздуха 50…70 т пыли. Ныне признано, что по многим важнейшим для человека свойствам лес вполне сопоставим с Мировым океаном.

Пустыни – биогеоценозы, которые возникают в тех районах, где за год выпадает менее 250 мм осадков или в областях с весьма жарким климатом и нерегулярными осадками. Существует мнение, что все пустыни мира (их площадь составляет 6,7 % поверхности суши) возникли в результате прямого или косвенного воздействия человечества на природу.

Тундры – биогеоценозы, занимающие положение между лесами и Ледовитым океаном, сложились в условиях холодного влажного климата и наличия в почве многолетней мерзлоты. В них обитают специфические растения и хорошо приспособленные к местным условиям животные, для которых характерен очень высокий темп продуктивности в течение короткого лета. Однако экосистемы тундр очень уязвимы, причем хрупкость их обусловлена короткими пищевыми цепями (например, лишайники и травы – олень – волк).

Травянистые ландшафты представляют собой степные биогеоценозы, которые формируются в областях, где среднее годовое количество осадков лежит в пределах от 250 до 750 мм, т.е. выше, чем в пустынях, и ниже, чем в лесах.