Пол Митчелл - 101 ключевая идея: Экология
Сукцессия — это сложный процесс, в котором задействованы многие факторы, но тем не менее главная его особенность — восстановление участков после нарушений. Из множества частных типов сукцессий можно выделить некоторые общие закономерности, основанные на размещении и обмене ресурсами внутри видов (см. «Стратегии жизненного цикла»). На ранних стадиях, как правило, доминируют виды с хорошей способностью к размножению и расселению. Но обычно они не очень способные конкуренты, и в конечном итоге их сменяют более приспособленные виды. В процессе сукцессии появляются виды, которые растут медленно, живут долго, более устойчивы к тени и плохо расселяются.
Хотя теоретически для объяснения сукцессии достаточно только различий в жизненном цикле, взаимоотношения между видами также играют в ней определенную роль — по крайней мере воздействуют на скорость процесса. Виды, распространившиеся первыми, оказывают различное влияние на вновь прибывших: они могут задерживать их распространение, ускорять его либо вовсе не оказывать никакого воздействия.
Знать принципы процесса сукцессии экологам важно для того, чтобы восстанавливать постиндустриальные ландшафты и сохранять местообитания, находящиеся на ранней или средней стадии сукцессии.
См. также статьи «Межвидовые взаимоотношения», «Нарушения», «Стратегии жизненного цикла», «Сукцессия вторичная», «Сукцессия первичная».
СУКЦЕССИЯ ВТОРИЧНАЯ
Процесс вторичной сукцессии происходит в тех местах, где растительность была ликвидирована, но почва осталась практически нетронутой. Объяснение, предложенное в качестве определения вторичной сукцессии, простое: она зависит от изначального состава флоры данной местности. При таком сценарии сукцессия — это просто последовательность произрастания различных видов, имеющихся в почве в виде семян или клубней, но обладающих разной скоростью роста. Поэтому в лесных регионах сообщество рано или поздно опять превращается в лес, деревьям требуется долгое время для роста.
Таким образом, процесс колонизации, по всей видимости, играет во вторичной сукцессии не такую важную роль, как в первичной. К тому же, поскольку почва уже подготовлена, для вторичных сукцессий менее важна и «помощь» одних видов другим.
На скорость растительной сукцессии могут оказывать влияние травоядные животные. Например, кролики, выщипывающие траву, задерживают превращение луга в заросли кустарников, хотя имеются примеры, когда свойственные данной местности травоядные ускоряют скорость сукцессии.
Существует ли единственное «климаксное[7] сообщество» для данного региона? Нет. Если предположить, что климаксные сообщества существуют (что некоторые экологи опровергают), то их может быть несколько для данного региона, в зависимости от местных условий, таких, как состояние почвы и частота нарушений. Например, внутри общего типа сукцессии от озер к камышовым болотам и от них к суше существует множество вариантов. Анализ пыльцы свидетельствует о том, что иногда сукцессия, как кажется, идет в «неправильном» направлении, завися от доминирующих условий среды. Сухое лесное сообщество, например, довольно часто возвращается снова на стадию более влажного сообщества мха сфагнума.
Прекращается ли когда-либо сукцессия? Нет, она всего лишь замедляется, когда на данном участке местности появляются долгоживущие виды, такие, как деревья. Даже в относительно стабильных лесах местные нарушения создают «пробелы», и процесс сукцессии начинается сначала. Сукцессия происходит также в большом временном масштабе: растительность Северного полушария до сих пор восстанавливается после нарушений ледникового периода.
См. также статьи «Нарушения», «Пожары», «Сукцессия», «Сукцессия первичная».
СУКЦЕССИЯ ПЕРВИЧНАЯ
Извержение вулкана Сент-Хеленс в американском штате Вашингтон в 1980 году погубило буквально все на территории в несколько квадратных километров. Оно растопило соседние ледники, превратив реки в бурные грязевые потоки; пепел, извергнутый из кратера, покрыл треть территории штата слоем в 4 см; в радиусе. 20 км были сломаны или вырваны с корнем все деревья. Такое грандиозное нарушение превратило большую часть штата в безжизненную пустошь: не осталось ни животных, ни растений, ни даже почвы. Однако вскоре на это место начали прибывать организмы и начался процесс первичной сукцессии.
На ранних стадиях первичной сукцессии важны факторы, влияющие на колонизацию, такие, как близость источников семян. Основная проблема, с которой приходится сталкиваться вновь прибывшим растениям, — отсутствие питательных веществ в почве или отсутствие самой почвы. Первыми поселенцами становятся лишайники, которые могут разрушать каменную породу физическими и химическими средствами, способствуя образованию почвы. Некоторые виды могут выживать в среде, бедной питательными веществами, поскольку имеют в корнях симбиотические бактерии; эти бактерии «фиксируют» атмосферный азот, делая его пригодным для использования растениями.
На тихих пляжах по всему миру маленькие растения, устойчивые к соленому воздуху и к сухости, покрываются приносимым ветром песком. Эти растения важны тем, что они привносят в почву органические и питательные вещества, а также повышают ее способность удерживать влагу. Сукцессия ускоряется с появлением таких видов, как песколюб (песчаный тростник). Его протяженная корневая система связывает песок дюн и улучшает почву, позволяя выжить и другим видам. Иными словами, песколюб помогает (хотя и не в ущерб себе) распространению новых видов. Такие виды «помощи» характерны для первичной сукцессии.
Проложив дорогу другим видам, песколюб ими же и вытесняется. Недавние исследования показали, что вещества, выделяемые позднее прибывшими видами, могут играть важную роль в ликвидации растений ранней стадии сукцессии, таких, как песчаный тростник. Условия становятся благоприятными для появления многочисленных новых видов, и образуется луговое сообщество.
См. также статьи «Сукцессия», «Сукцессия вторичная».
ТРОПИЧЕСКИЕ ДОЖДЕВЫЕ ЛЕСА
Попав первый раз в жизни в тропический дождевой лес, можно разочароваться. Под густым покровом высоких деревьев довольно сумрачно и неинтересно. Там мало подлеска и потому необязательно «продираться сквозь джунгли с топором в руке».
Не так просто разглядеть и животных: большинство из них обитают в верхних ярусах, где много листьев и плодов. Трудно поверить, что это самое богатое по количеству видов местообитание на планете, в котором встречается около 40 % всех видов растений с десятками (иногда и сотнями) видов деревьев на гектар.
Тропические леса произрастают на теплых и влажных равнинах, в пределах 10° от экватора в Бразилии, Центральной Африке и Юго-Восточной Азии. Почти каждый день после полудня там выпадают обильные дожди, и потому ежегодный уровень осадков превышает два метра. Очень старые почвы содержат мало питательных веществ, но поскольку тропические леса весьма эффективно перерабатывают эти вещества, их достаточно для того, чтобы поддерживать самое продуктивное местообитание в мире.
Постоянно опадающие листья быстро разлагаются в теплом и влажном климате, возвращая питательные вещества в почву. Корни быстро поглощают эти питательные вещества до того, как дождь их смоет. Эффективному круговороту питательных веществ способствуют два фактора: во-первых, большинство корней покрыто микоризой (симбиотической грибницей), которая усиливает поглощение питательных веществ; во — вторых, большинство корней концентрируется в верхнем 20-сантиметровом слое почвы, что опять-таки увеличивает возможность поглощения. Высокие деревья с неглубокой и широкой корневой системой имеют своеобразные подпорки, которые, словно канаты, удерживают стволы; они также помогают направлять воду и питательные вещества от ствола к корням.
Если использовать эту местность в сельскохозяйственных целях методом «подсечно-огневого земледелия», то культурные растения не будут также эффективно участвовать в круговороте питательных веществ; кроме того, когда собирают урожай, изрядная доля питательных веществ выходит из системы. Так что всего через пару лет, когда почва обеднеет и не сможет давать богатый урожай, фермерам придется перейти на новые земли, очищая их от лесов.
См. также статьи «Глобальное изменение окружающей среды», «Градиент широтного разнообразия», «Мутуализм».
ТРОФИЧЕСКАЯ СЕТЬ
Пожалуй, одним из наиболее известных экологических понятий является «пищевая (трофическая) цепь» — передача энергии от одних организмов другим по цепочке, причем находящиеся «выше» в этой цепи поедают тех, кто находится «ниже», то есть растительноядные питаются растениями, их, в свою очередь, поедают хищники, а этих хищников поедают более крупные хищники. Однако такая упрощенная модель не передает всего многообразия пищевых связей многих реальных сообществ, в которых некоторые виды питаются различными видами растений и животных и на них также охотятся различные виды. Пищевые взаимоотношения между видами внутри сообщества можно рассматривать как своеобразную сложную «паутину» пищевых связей. Такая модель называется трофической паутиной или сетью. На схеме виды можно изобразить в виде точек, а пищевые связи — в виде стрелочек, показывающих, кто кем питается. Хотя такие схемы и не передают многообразия непищевых связей, модель трофической паутины оказывается полезной при обобщении многих аспектов структуры сообщества.
