Причины, нарушающие стабильность популяций
Человек может вызвать резкое снижение плотности некоторых популяций или даже их исчезновение. Основные причины, способные повредить популяции, следующие.
Чрезмерная добыча. Каждая популяция в естественных экосистемах находится под контролем «сверху» и «снизу». «Снизу» ее контролирует количество ресурсов, а «сверху» – организмы, которые используют эту популяцию как ресурс. Любая популяция имеет «запас прочности», т.е. может сохраняться при некотором изменении влияния контролирующих факторов (как «сверху», так и «снизу»). Если определенную часть популяции изымает человек, то она компенсирует потери за счет более интенсивного размножения. Так человек влияет на популяции зайцев, белок, соболей, лосей, уток, промысловых рыб, лекарственных и декоративных растений.
Часть популяции, которую человек может изъять без риска ее разрушения, называется максимально допустимой долей изъятия урожая (или сокращено МДУ – максимально допустимый урожай). С учетом МДУ планируется отстрел животных, лов рыбы, заготовка лекарственных растений. Например, без ущерба для популяции кабанов и северных оленей можно ежегодно отстреливать 30% животных, а в популяциях лосей – только 15%. Однако часто человек превышает эту норму и пытается получить от популяций «сверхприбыль». Например, к числу лосей или кабанов, отстрел которых запланирован с учетом возможностей размножения животных, добавляется браконьерская добыча. Это может ослабить популяцию.
Часто нарушаются нормы заготовки лекарственного сырья (не говоря уже о нарушениях правил сбора, когда растения не срезаются, а вырываются с корнем). В результате ресурсные растения становятся редкими. Сегодня в некоторых районах России истощены ресурсы адониса весеннего, валерианы лекарственной и других лекарственных растений. В ряде водоемов наблюдается перелов рыбы.
Разрушение местообитаний. Это вторая по значимости причина снижения плотности популяций. Выпас уплотняет почву и обедняет видовой состав лугов и степей. В европейской части России популяции ковылей, таких, как ковыль красивейший, ковыль Лессинга и даже самый обычный ковыль перистый, стали редкими в составе степных травостоев. Многие популяции насекомых исчезли вследствие распашки степей и освоения целины. Разрушают местообитания популяций туристы и отдыхающие в пригородной зоне горожане. Водные местообитания разрушает быстроходный транспорт. Волнобой, возникающий при его проходе, губит молодь рыбы. Гибнет рыба и от столкновения с моторными лодками.
Для сохранения популяций необходимо сохранить хотя бы часть местообитаний, где они могут нормально размножаться и восстанавливать плотность. Например, для поддержания популяций тетеревов в лесах вокруг мест, где птицы собираются на весенний ток, создаются защитные зоны, в которые человеку нет доступа. На многих реках запрещено использование моторных лодок. Создана сеть заказников, где отстрел дичи не проводится до тех пор, пока промысловые животные не восстановят численность своих популяций.
Вселение новых видов. Человек проводит преднамеренное вселение (интродукцию) видов в различные районы планеты. Многие виды попадают в новые для них районы «самостоятельно» как заносные. Пришельцы могут вытеснять местные виды, разрушая их популяции (например, американская норка вытесняет европейскую). Нередко вселенные виды оказываются в более выгодном положении, чем местные, так как в новых местообитаниях у них меньше конкурентов, паразитов или хищников. В таком выгодном положении оказался колорадский жук, занесенный в Европу, где у него практически нет врагов.
Исключение видов, необходимых для контроля популяций. Не меньший ущерб популяции может нанести исключение вида, регулирующего ее плотность. Так, например, в 20-х годах нашего столетия в США на плато Кебаб, чтобы защитить оленей, был организован массовый отстрел волков. Вскоре олени так размножились, что вытоптали свои пастбища, начали голодать и болеть. В результате поголовье оленей не увеличилось, а уменьшилось.
Волки обычно бродят вокруг стада оленей или сайгаков и нападают лишь на ослабевших от болезни или старости животных. Таким образом, хищники не только регулируют численность растительноядных животных, но и выступают в роли санитаров, выбраковывая больных и способствуя сохранению здоровья популяции.
Загрязнение среды. Популяции многих видов растений и животных снижают свою плотность и даже исчезают под влиянием загрязнения. Особенно страдают от загрязнения популяции водоемов, в которые попадают смытые с полей удобрения и пестициды, а также промышленные стоки. Первыми разрушаются популяции рыб в результате прямого отравления или гибели кормовых объектов. В реках исчезают стерлядь, хариус и другие виды. В озерах стали редкими такие растения, как папоротник сальвиния плавающая.
Контрольные вопросы
1. Перечислите причины, которые снижают стабильность популяции.
2. В чем вред получения «сверхприбыли» от популяции?
3. Приведите примеры исчезновения популяций из-за разрушения их местообитаний.
4. Как влияет вселение новых видов на популяции местных видов?
5. Как сказывается на состоянии популяции исчезновение вида, контролирующего ее плотность?
5. Приведите примеры разрушения популяций растений или животных в результате промышленного или сельскохозяйственного загрязнения.
Справочный материал
Сохранение популяций промысловых животных. В 1998 г. в лесах России было (в тыс. голов) лосей – 631,3, диких северных оленей – 1248, благородных оленей – 165,6, медведей – 122,9, кабанов – 175,4, волков – 44,8, бобров – 252,7, зайцев-беляков – 4882,5, русаков – 284,4, лисиц – 513,6, соболей – 1057,2. Поголовье амурского тигра (занесенного в Красную книгу) оценивается в 200–250 особей.
Калмыкия – уникальное место обитания диких антилоп-сайгаков. Сайгаки менее пагубно, чем домашний скот, влияют на травостой пастбищ, а себестоимость их диетического мяса в 7 раз ниже, чем баранины, и в 15 – говядины. Ценны их шкуры, а рога – уникальное лекарственное сырье. Однако в настоящее время площадь пастбищ сайгаков сократилась в 4 раза, и соответственно в 4 раза (с 600 до 150 тыс. голов) сократилась численность этих животных. Причина – вытеснение их домашним скотом и разрушение пастбищ под влиянием его избыточного поголовья. Восстановление популяций сайгака – важная экологическая и экономическая задача Калмыкии.
Осетровые рыбы (стерлядь, севрюга, осетр, белуга) живут в морях, но для нереста поднимаются в реки. До строительства каскада водохранилищ на Волге каспийские осетровые поднимались в Оку, Клязьму, Каму, Белую и другие реки системы Волги. Теперь естественных нерестилищ для осетровых нет, и численность осетрового стада поддерживается только за счет искусственного рыборазведения. На состоянии поголовья осетровых отрицательно сказывается загрязнение воды в Волге. Болеет до 70% осетров, в тканях рыбы на каждый килограмм веса содержится от 1 до 5 мг тяжелых металлов, что небезопасно для тех, кто есть этот деликатесный продукт. Спасти осетровое стадо может только снижение концентрации токсичных примесей в волжской воде.
Река Урал дает одну треть мирового улова осетровых рыб. В отличие от Волги эта река не перегорожена плотинами и не столь загрязнена стоками, но на осетровом стаде отрицательно сказываются уменьшение водности реки из-за массового водозабора на орошение и смыв в реку огромного количества мелкозема с полей водосбора. В результате скорость течения снижается, дно, на котором раньше была галька, нужная для нереста осетровых (они трутся о гальку брюшком), заиливается. Если водозабор не будет снижен и не уменьшится эрозия почв в водосборе, то улов уральских стерлядей и севрюги станет еще меньше.
Популяции ценных промысловых рыб России поддерживаются благодаря работе рыбоводных предприятий, которых в стране в 1998 году было 121. Предприятия выпустили в водоемы 5907,807 млн. штук молоди, в том числе осетровых – 95,953 и лососевых – 624,669. Почти все поголовье осетровых Каспийского бассейна берет свое начало на рыбоводных предприятиях.
Значительная часть диких уток гибнет от того, что заглатывает свинцовую дробь, которая ядовита. В охотничьих заказниках ее количество может достигать 2 млн. дробинок на 1 га. В Дании свинцовая дробь запрещена, и охотники используют дробь из стали. В Англии для спасения лебедей, живущих на реке Темзе, запрещено использовать свинцовые грузила для рыбной ловли.
Для борьбы с мухой цеце пойменные леса в одной из африканских стран были обработаны инсектицидом в количестве I г/га. Цеце осталась, но исчезло 11 из 55 видов пресноводных рыб.
Заключение
Любой вид существует в форме множества популяций – совокупностей особей на конкретных участках. Популяции очень разнообразны: в зависимости от размера особей, продолжительности их жизни они существуют в разных биологическом пространстве и биологическом времени. Площадь, занимаемая популяциями «лилипутов», таких как тля, измеряется в сантиметрах, а популяциями «великанов» кита или слона – в десятках километров. Время жизни одного поколения популяций «лилипутов» составляет дни и недели (у микроорганизмов – минуты и часы), а «великанов – десятилетия. «Великаны» растительного мира живут тысячелетия.
Особи, составляющие популяцию, разнообразны. Они отличаются по возрасту, жизненности, представляют разные генетические варианты вида – экотипы. Разнообразие особей внутри популяции повышает ее устойчивость к колебаниям условий среды, например, к особенностям климата в разные годы.
Внутри популяции организмы связаны взаимоотношениями – конкурентными (соревнованием за потребление ресурсов, которых недостаточно) и взаимопомощи. Конкуренция при этом всегда играет более важную роль.
Размер популяции определяется ее численностью, о которой часто судят по плотности популяции – числе особей на единице площади. Плотность популяции зависит от многих причин, главная из которых – обеспечение ресурсами, однако влияние этого внешнего фактора опосредствуется через биологические закономерности жизни популяции – рождаемость, смертность, и длительность жизни особей, их выселение или вселение.
Человек часто настолько изменяет условия среды, что популяции гибнут. Поэтому для сохранения популяций нужно знать о тех условиях среды, которые необходимы для поддержания конкретных популяций разных видов и не разрушать их.
Индивидуальное задание
Тема: «Сравнение двух популяций».
Задача исследования – выявить, как условия среды влияют на характеристики популяций. Это экспериментальная работа, которую можно выполнить на самых разных объектах, представляющих популяции одного вида в разных экологических условиях. Однако с учетом того, что времени у исследователя–школьника немного, проще взять две популяции растений – травянистых или древесных. Оценивать особи травянистых растений можно по массе или числу побегов. Во втором случае растения при учете не повреждаются. Деревья оцениваются по толщине ствола с помощью специальной вилки, которой измеряют диаметр. Следует охарактеризовать не менее 25 растений из каждой популяции. Можно изучать популяции культурных растений, причем и тех, которые растут на индивидуальных садовых участках.
Перед выполнением экспериментальной части исследования нужно изучить литературу о популяциях. Материал можно найти в двухтомнике М. Бигона с соавторами. Постарайтесь найти в библиотеке книгу А.М. Гилярова «Популяционная экология» (М.: издательство МГУ, 1990).
Глава 4. ЭКОСИСТЕМА
Организмы объединяются в популяции, а популяции – в экосистемы – совокупности нескольких (часто многих) видов, которые обитают совместно и взаимодействуют друг с другом и с окружающей абиотической средой. Экосистемы являются основными энергетическими «установками», которые усваиваются солнечную энергию, дающую жизнь. «Экосистема» – важнейшее понятие экологии. Ей посвящено 6 глав учебника. Знакомство с экосистемой начнем с ее общей характеристики и рассмотрим основные группы организмов, которые выполняют в ней разную «работу».