Экология и пчела. падение продуктивности экосистем россии.

ЭКОЛОГИЯ И ПЧЕЛА. ПАДЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ЭКОСИСТЕМ РОССИИ.

О. Н. Голуб

Центр развития инноваций «Новатор». Заместитель председателя Центра.

Киров. Россия.

E-mail: [email protected]

Базовой основой существования человеческой цивилизации являются природные ресурсы, как не возобновляемые (полезные ископаемые), так и возобновляемые (природные экосистемы).

Продуктивность последних определяется целым рядом факторов, в первую очередь климатических, и многих других.

Продуктивность экосистемы – это количество органического вещества, которое создаётся в течение года на единице её площади (квадратном метре и так далее). По сути, продуктивность – это то количество солнечной энергии, которое аккумулируется зелёными растениями (продуцентами) в сложных органических соединениях.

Именно эта, создаваемая зелёными растениями, биомасса позволяет существовать всему огромному видовому разнообразию организмов, которые её потребляют (консументов).

Благодаря сложным цепям питания, имеющихся в сообществе разнообразных потребителей, органические вещества постепенно распадаются на всё более простые соединения и, в конечном итоге, до самых простых элементов, называемых биогенными, которые входят в состав клеток всех живых организмов.

Важнейшими биогенными элементами являются - кислород (составляет около 70% массы организмов), углерод (18%), водород (10%), азот, кальций, калий, фосфор, магний, сера, хлор, натрий и другие. Все они участвуют в биологическом круговороте – круговой циркуляции химических элементов между живыми организмами и внешней средой. Она заключается в поступлении химических элементов из почвы, гидросферы и атмосферы в живые организмы; превращение поступивших элементов в сложные органические соединения, а затем возврат этих элементов с отмершими организмами, продуктами их жизнедеятельности, в почву, атмосферу и гидросферу через звено организмов-редуцентов. (http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=479).

Продуценты строят свой организм из простых неорганических соединений, преобразуют их в сложные органические соединения. Консументы аналогичные преобразования начинают с этих сложных соединений, а редуценты освобождают химические элементы, ранее входящие в состав сложной органики, благодаря чему они вновь могут включаться в биологический круговорот. (http://ecology-education.ru/index.php?action=full&id=479). На всех этапах организмами используется и энергия, выделяемая в процессе химических превращений.

Круговорот веществ является важнейшим фактором для жизни биосферы, обеспечивая его, живое вещество поддерживает жизнь на нашей планете.

Этот краткий экскурс в основы экологии приходится делать для более ясного понимания того, что будет изложено далее.

Разные экосистемы отличаются своей продуктивностью. Представление о продуктивности некоторых из них даёт диаграмма (Рис. 1).

Рис. 1. Биопродуктивность экосистем как энергия, накопленная продуцентами в процессе фотосинтеза. (http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/produktivnost-ekosistem.html)

Можно заметить, что сельскохозяйственные угодья не являются самыми продуктивными экосистемами.

Таёжные, смешанные леса и, особенно, болота превосходят их по продуктивности. Соответственно, так называемая мелиорация, связанная с масштабными, проводимыми десятилетиями, работами по осушению болот на территории России, в подавляющем большинстве случаев являлась ничем иным как олицетворением дилетантизма и откровенной глупости человека. (Более подробный анализ всех последствий подобной мелиорации выходит за рамки данной статьи).

Создание многочисленных водохранилищ на крупных реках России также приводило к серьёзному падению исходной продуктивности затопленных территорий и к другим отрицательным последствиям.

В статье «Лесоводство и пчела. Необходимость решения имеющихся экологических проблем» (Голуб О. Н., 1916) были рассмотрены главные факторы, обусловившие более чем пятидесятикратное историческое снижение производства продуктов пчеловодства в России.

Теперь сделаем попытку более детально осветить главную экологическую составляющую жизнедеятельности медоносной пчелы – её роль в функционировании всех экосистем России. На первый взгляд может показаться, что опылительная деятельность пчёл вряд ли затрагивает все существующие экосистемы. Но попытаемся разубедить в этом.

Конечно, историческое снижение численности пчелиных семей в России (с 60 до 3 млн.) нанесло колоссальный удар, прежде всего, по продуктивности лесов, где обитали дикие пчёлы, и по продуктивности непосредственно примыкающих к лесам экосистемам.

При чисто формальном подходе не составляет особого труда сделать вывод, что двадцатикратное снижение численности главных опылителей снизило урожайность всех энтомофильных видов растений, входящих в состав указанных экосистем, также в 20 раз. В экологии существует закон Юстуса фон Либиха, согласно которому определяющим фактором в жизни любого организма, (их сообществ), является тот, который находится в минимуме. Поэтому, какие бы благоприятные условия не были представлены виду, его численность, продуктивность и т.д. будут определяться лимитирующим фактором - его нехваткой (или чрезмерным количеством). В данном случае нехваткой опылителей.

Но такой, казалось бы, вполне логичный вывод о двадцатикратном снижении продуктивности энтомофильных растений был бы правомерен в случае, если бы подобное снижение численности пчёл произошло очень быстро. Но это снижение продолжалось несколько столетий. Соответственно, ему сопутствовало и постепенное снижение численности особей видов, нуждающихся в опылении. То есть, продуктивность снизилась значительно больше, чем в 20 раз.

Поскольку ни о каком мониторинге экосистем в прошлые века не могло быть и речи (да и в наше время он оставляет желать лучшего, за исключением, пожалуй, территорий заповедников), то все текущие выводы, как и последующие, придётся делать в определённой степени умозрительно, основываясь на простой логике. Но лучше сделать хоть какую-то попытку для понимания и обобщения происходящих процессов, чем вообще ничего, и оставаться в полном неведении.

Несомненно, свою отрицательную роль не могла не сыграть и дегенерация медоносной пчелы, вызванная аномальным отбором при переселении её в искусственные жилища. Так, уникальный опыт Н. М. Витвицкого показал трёхкратное снижение медовой продуктивности одомашненных пчёл по сравнению с их дикими сородичами (Голуб О. Н., 2012). А эта продуктивность самым непосредственным образом связана и с опылением растений.

То, что из состава имеющихся на сегодня экосистем выпали или резко уменьшили свою численность многие энтомофильные виды, в частности, бобовые – нет никаких сомнений. Основываясь на своих личных наблюдениях, даже поверхностно сравнивая то, что видел в Кировской области в семидесятые годы прошлого столетия во время учебных практик, и то, что вижу 40 лет спустя, не могу не отметить определённых изменений в природе. (В семидесятые годы вароатоз ещё не нанёс свой сокрушительный удар по пчеловодству Кировской области, и содержание нескольких пчелиных семей на личном подворье сельчан было достаточно массовым явлением). Бросается в глаза повсеместное сокращение площадей с произрастанием, например, белого клевера. Во многих местностях заметно снизилось видовое разнообразие луговой растительности. Вспоминаю также, что во время студенческих полевых практик, не составляло большого труда найти своих друзей по зелёной дорожке, оставленной ими в черничнике, поскольку из-за обилия ягод, вся местность отличалась выраженным синеватым оттенком. Сейчас такое невозможно, даже пройди по черничнику хоть 10 человек, из-за стабильно низкой его урожайности. Меня также впечатлили слова одного наблюдательного пожилого охотника в глухой деревушке, который заметил, что после поселения в ней пчеловода, через несколько лет стали появляться растения, которых раньше не было видно. Мои наблюдения подтверждаются и мнением некоторых компетентных кировских специалистов, работавших в сфере охраны природы.

Прямым следствием этого стало и снижение общей биомассы консументов, поскольку многие энтомофильные растения обладают высокими кормовыми свойствами, как в отношении их зелёной массы, так и плодов и семян. Следует учесть и то, что многие насекомые являются стенобионтами, то есть приспособленными к обитанию только на определённом виде растения, с исчезновением которого они также исчезают.

Итак, те консументы, которые характеризуются максимальной биомассой в экосистемах (насекомые, дождевые черви, мышевидные грызуны и некоторые другие), также снизили её. В свою очередь, это сразу же отразилось на биомассе и многих представителей верхних этажей пищевой пирамиды – зверей и птиц, среди которых немало и промысловых охотничьих видов. Естественно, что последние представляют для человека значительно больший интерес, чем многие другие, хотя для природы все равны.

Снижение численности животных, в свою очередь, не самым благоприятным образом отразилось на процессах возобновления многих растений (которому способствуют: распространение животными семян самыми различными способами, вдавливание семян в почву лапами и копытами, припрятывание их в качестве кормовых запасов и т. д.). То есть, и это опять-таки внесло свою лепту в снижение продуктивности экосистем.

После всего изложенного, достаточно ясно вырисовывается необходимость принятия мер по восстановлению былой продуктивности наших возобновляемых природных ресурсов. В противном случае падение продуктивности будет продолжаться.

Пока же усилия специалистов различных отраслей направлены на увеличение продуктивности конкретных объектов хозяйствования: у лесников это лес, у охотоведов - ресурсы дичи, у агрономов – агроценозы и т. д. Но возможности всех перечисленных объектов коренным образом зависят и определяются общей продуктивностью всех экосистем, хотя эта связь далеко не всегда очевидна. И усилия, направленные на решение второстепенных проблем, без решения самой главной, не могут быть высокоэффективными.

В сложнейшем и отрегулированном миллионами лет эволюции, природном механизме взаимодействия всех компонентов биосферы, имеется колоссальное количество различных связей, многие из которых продолжают оставаться неизвестными. Коснёмся лишь некоторых.

Отмеченное ранее снижение видового разнообразия экосистем, вызванное нехваткой естественных опылителей, главным образом медоносной пчелы (на долю которой приходится до 80 процентов всей работы по опылению, которая выполняется всеми насекомыми-опылителями), резко снижает их продуктивность.

Продуктивность конкретной экосистемы говорит о её «богатстве». В богатом или продуктивном сообществе, в подавляющем большинстве случаев, больше организмов, чем в менее продуктивном. Исключения крайне редки и связаны, обычно, с деятельностью человека. (http://kk.convdocs.org/docs/index-166316.html?page=2)

Высокая валовая продуктивность богатой экосистемы связана, в частности, с тем, что жизненные потребности и устойчивость к действию факторов среды у разных видов растений различны. Поэтому в растительном сообществе каждый вид занимает свою экологическую нишу, и, в совокупности, все растения гораздо эффективнее используют все те природные ресурсы (свет, влагу и т. д.), которые необходимы для создания максимально возможного количества органического вещества на данной площади. Богатая в видовом отношении экосистема отличается и повышенной устойчивостью.

Историческое падение продуктивности организмов-продуцентов, являющихся базовой основой для всех потребителей создаваемой ими биомассы, естественным образом снизило биомассу всех уровней пищевой пирамиды. В свою очередь, это нанесло ощутимый удар и по всеобщим кормильцам - продуцентам. На первый взгляд, подобная причинно-следственная связь должна отсутствовать. Но она есть и достаточно существенна.

Всё дело в биогенной миграции жизненно необходимых химических элементов. Как уже отмечалось ранее, конечным итогом существования всего создаваемого в экосистемах органического вещества, является его разрушение организмами-редуцентами до простых неорганических соединений.

Многие из этих соединений распределены в неживой природе, в частности, в почвах, весьма неравномерно. Продуктивность любого зелёного растения также подчиняется закону Либиха, то есть, её верхнюю планку определяет тот элемент (микроэлемент), который присутствует в недостаточном количестве. То есть, для повышения продуктивности отдельного растения, лимитирующий элемент необходимо привнести извне. Чем и занимаются грамотные агрономы, ежегодно восстанавливая необходимый растениям баланс минеральных удобрений, компенсируя тем самым их ежегодную убыль из почвы за счёт собранного и вывезенного с поля урожая.

Биогенные элементы должны быть доступны продуцентам. Что толку если дефицитный в данной точке элемент в изобилии находится на глубине, недоступной растению, в грунтовых водах, в удалённом водном источнике или на удалённой территории. Спонтанная геологическая миграция элементов в природе, как и геохимия почв, далеко не всегда оптимальным образом соответствуют нуждам того или иного растения, произрастающего в данной точке пространства. Но живая природа давно выработала механизмы устранения (компенсации) естественного дисбаланса питательных веществ за счёт биогенной миграции элементов. Естественно, что ей помогают и некоторые абиотические факторы, например, ветер, вода и другие.

Так, опадающая листва, семена и беспозвоночные могут уноситься ветром, ручьями, реками достаточно далеко от места своего происхождения, обогащая новые биотопы теми биогенными элементами, которые входили в состав органики, зачастую ликвидируя дефицит чего-то, крайне нужного, в новом месте.

Активно эту функцию выполняют очень многие животные, эффективно осуществляя перенос и рассеяние биогенных элементов, как на малых, так и на значительных пространствах. Органика перемещается в виде экскрементов животных, их шерсти или перьев, создаваемых ими запасов пищи и т. д., и, в конечном итоге, в виде их трупов. К примеру, только одна пчелиная семья ежегодно рассевает в окрестностях примерно 200000 умерших пчёл общим весом свыше 20 килограммов. К этому необходимо добавить вес экскрементов пчёл и мусора, выносимого из гнезда.

Миграция птиц и некоторых млекопитающих может переносить биогенные элементы даже на многие тысячи километров. Из морей и океанов биогенная миграция способствует возврату на сушу того, что находилось в их водах или было привнесено реками. Её осуществляют рыбоядные животные (птицы и другие), потребители иных морепродуктов, а также проходные рыбы, мигрирующие на речные нерестилища, и, в свою очередь, становящиеся объектами добычи для многих континентальных обитателей.

Теперь, наверное, более ясным становится наличие связи между снижением продуктивности любой наземной экосистемы и снижением продуктивности, например, водных экосистем, находящихся в той же местности.

При снижении продуктивности наземных экосистем уменьшается поступление биогенных элементов и в водные экосистемы и, соответственно, и их продуктивность (каких бы обитателей водной среды это не касалось). Тем самым снижается возврат этих элементов на близлежащие участки суши (в том числе и на агроценозы) и их естественный рассев, в частности, за счёт связанных в своём развитии с водой насекомых – комаров, мошек, подёнок, ручейников, веснянок, слепней и других. И какой-то трупик насекомого может дать конкретному зелёному растению именно тот микроэлемент, который является дефицитным в точке произрастания растения и, тем самым, увеличить его урожайность. Конечно, подобная зависимость, как и большинство процессов в биологии, имеет не строго математический, а вариационно-статистический характер.

Это ещё раз подтверждает необходимость проведения общегосударственной политики по восстановлению утраченной, в результате обвального снижения численности пчелиных семей, продуктивности экосистем России.

Во-первых, произошли значительные изменения многих ландшафтов страны под воздействием антропогенного фактора – увеличилась доля агроценозов, далеко не всегда оптимальных для жизни пчёл, индустриальных ландшафтов и т.д.

Во-вторых, произошло историческое масштабное истребление липовых лесов и липы как вида, ранее в изобилии встречавшегося во многих лесах, произрастающих на огромных территориях (Голуб О. Н., 2016). Это резко ухудшило условия существования всех диких насекомых-опылителей и процессы почвообразования.

И самое главное – простое арифметическое увеличение численности пчелосемей за счёт пасек пчеловодов даже в принципе не может дать тот же эффект, который обеспечивался пчёлами, обитавшими в естественных жилищах – дуплах живых деревьев.

Дело в том, что в прежних, не изменённых человеком лесах, было огромное количество дуплистых деревьев, пригодных для обитания пчёл и ныне практически полностью исчезнувших. Причём эти деревья были рассеяны, в той или иной степени, относительно равномерно на больших пространствах.

Площадь опыляемого каждой пчелиной семьёй участка определяется радиусом до 2,5–5 км от места расположения заселённого пчёлами дерева. Соответственно, при высокой плотности произрастания дуплистых деревьев, опыляемые участки взаимно накладывались друг на друга, чем обеспечивалась возможность интенсивного и относительно полного опыления огромных площадей лесных и соседних с ними угодий.

Пчеловодные же пасеки концентрируют пчелиные семьи на определённых и небольших участках. Поэтому, независимо от количества семей на пасеке, ими опыляется та же площадь, что и одной семьёй, хотя и с большей интенсивностью. При этом огромные участки территорий, расположенные между пасеками, за пределами лётных возможностей пчёл, испытывают острейший дефицит в опылителях. Особенно сильно это отражается на урожае растений, цветущих в весеннее время, когда численность перезимовавших диких опылителей (шмелей и других) крайне низка по сравнению с численностью пчёл семьи, вышедшей из зимовки. Разбрасывать же свои пчелиные семьи поодиночке на значительных пространствах, пчеловоды естественно не могут, в силу понятных причин, на которых нет смысла останавливаться.

Кстати, описанная ситуация позволяет сделать достаточно аргументированный вывод о том, что возможности опыления пчёлами экосистем России снизились не в 20 с лишним, а, как минимум, на порядок больше. Во всяком случае, исходя из среднего размера пасеки в Кировской области в 20 семей (Черных В. А., 2015), масштабы опыления в ней сократились, вероятно, не менее чем в 400(!) раз. (Уточнение этого показателя, как для разных регионов, так и России в целом, вполне по силам для нашей науки). Задумайтесь теперь над тем, каких «милостей» теперь можно ожидать от природы, после того, что мы с ней сделали!

Остаётся лишь один, далеко не самый простой и лёгкий выход из той экологической ситуации, в которую сам себя загнал человек. Он заключается в том, чтобы сделать всё возможное для появления в наших лесах, сколько - ни будь, приемлемого количества дуплистых деревьев, пригодных для жизни пчёл.

Для этого требуется принятие соответствующей долгосрочной национальной программы и радикальное изменение основополагающих принципов ведения лесного хозяйства и пользования лесным фондом. Возрождение диких пчёл даст также очень мощную дополнительную гарантию сохранения её как вида. В противном случае, при сохранении существующих на сегодня отрицательных тенденций с состоянием вида, его будущее внушает самые серьёзные опасения. И для этого есть достаточно веские основания (Голуб О. Н., 2012). Интересно, что первый пророческий и неутешительный прогноз о том, как отразится на состоянии разводимой человеком пчелы исчезновение диких пчёл, сделал наш замечательный пчеловод Николай Михайлович Витвицкий (1764-1853), причём почти 2 столетия тому назад. Но, как известно, «в своём отечестве нет пророков», и к его предупреждению, по-видимому, так никто серьёзно и не прислушался. Никому из его современников тогда и в голову не могло прийти, что дикая пчела может исчезнуть. Но это произошло. Наступила очередь одомашненной. Но исчезновение медоносной пчелы может нанести такой удар по нашей цивилизации, после которого человечество очень долго не сможет опомниться. Если, конечно, не произойдёт самое худшее. Не разумнее ли в таком случае заранее подстраховаться? Работа по возрождению дикой медоносной пчелы, конечно, потребует многих десятков лет, (вероятно, не менее двухсот лет). Но никакой другой альтернативы у нас просто не имеется. И начинать эту работу нужно уже сейчас.

Литература

Продуктивность экосистем.

http://www.grandars.ru/shkola/geografiya/produktivnost-ekosistem.html

Видовая и пространственная структуры экосистемы - Биоценозы...

http://kk.convdocs.org/docs/index-166316.html?page=2

ЭКОЛОГИЯ И ПЧЕЛА. ПАДЕНИЕ ПРОДУКТИВНОСТИ ЭКОСИСТЕМ РОССИИ.

О. Н. Голуб