БИОМАССА (Б.) — запас (количество) живого органического вещества (растений, животных, грибов, бактерий), «капитал» сообществ (в отличие от биологической продукции — «прибыли»). Б. разделяется на фитомассу (массу живых растений), зоомассу (массу животных), микробную массу.
Средняя Б. на единице поверхности суши составляет 0,5 кг/га. В среднем круговорот Б. в биосфере происходит за 4 года, однако в разных экосистемах этот показатель различен: в планктоне круговорот Б. происходит в 1000—2000 раз быстрее, чем в лесу. Основной химический элемент в Б. — углерод, 1 г органического углерода соответствует в среднем 2,4 г сухой Б. На 100 атомов углерода в Б. приходится 15 атомов азота и 1 атом фосфора. Структура Б. Земли приведена в табл. 5.
Поскольку длительность жизни разных организмов различна, то Б. может быть больше годичной продукции (в лесах — в 50 раз), равна ей (в сообществах однолетних культурных растений) или быть меньше (в водных экосистемах, где преобладают организмы планктона, дающие несколько поколений за год).
Обычно Б. растений больше Б. животных, хотя из этого правила есть исключения. Например, в водоемах зоомасса может быть и больше фитомассы, так как жизнь организмов фитопланктона непродолжительна, а зоопланктон и рыбы живут значительно дольше.
Соотношение фракций Б. отражается экологическими пирамидами. В структуре Б. различают Б. надземной и подземной части экосистемы. Как правило, подземная Б. превышает надземную, причем у луговых сообществ в 3—10 раз, в степных — в 30—50, в пустынных — в 50—100 раз. В агроценозах надземная и подземная Б. могут быть примерно равны, а в лесах надземная Б. превышает подземную.
В табл. 6 приведены данные о наземных и водных биомах мира и показана биологическая продукция этих экосистем.
БИОРИТМЫ (биологические ритмы, Б.) — закономерные периодические изменения физиологии или поведения организмов при смене времени суток, сезонов года, приливов и отливов, лунных фаз. Суточные Б. ярко выражены у животных и человека. Время активной деятельности и отдыха у разных видов меняется по-разному. Дневные животные добывают пищу днем, для ночных (совы, летучие мыши) период бодрствования наступает с темнотой. У человека с суточным Б. связаны десятки физиологических показателей (пульс, артериальное давление, температура тела и многое другое), от которых зависит его работоспособность.
Суточные Б. проявляются и у растений. Так, у многих видов цветки закрываются на ночь, у некоторых видов в течение суток изменяется положение листьев. У тополей, растущих в поймах пустынных рек, в период солнцепека листья поворачиваются ребром к солнцу, и потому под такими деревьями днем не бывает тени. Аналогично может изменяться положение листьев у некоторых деревьев средней полосы, например, у липы. У клевера лугового листья на ночь складываются таким образом, что снаружи оказываются их нижние поверхности. У кактусов только ночью открываются устьица.
Сезонные Б. ярко выражены и у животных, и у растений, особенно в районах со значительными изменениями климата по сезонам года (в дождевых тропических лесах, где тепло и идут дожди круглый год, эти изменения сглажены). С временами года связаны Б. размножения животных и их миграций, наступление фенологических фаз развития растений (бутонизация, цветение, плодоношение).
Б. организмов, связанные с изменением длины светового дня, называются фотопериодизмом. Так, уменьшение длины дня является сигналом для подготовки растений к зиме и птиц к перелетам. Если этот сигнал дается с ошибкой, то растение может не подготовиться к холодам и погибнуть. Это случается с деревьями в городах, где длина светового дня искусственно увеличивается вечерним освещением улиц. «Сбитые с толку» липы, не сбросившие листву вовремя, могут погибнуть от морозов.
Под влиянием приливов и отливов меняется поведение организмов планктона, бентоса мелководий, в период отливов моллюски и усоногие ракообразные («морские желуди») закрывают створки своих раковинок, а многие черви и другие животные зарываются в песок.
Знание Б. играет важную роль в сельском хозяйстве, так как растения в разных фазах своего развития по-разному требовательны к элементам питания, влаге, свету, по-разному устойчивы к заражению болезнями, нападению вредителей или возросшей засоренности посева.
На знании Б. животных основывается система ухода за ними (определение времени оплодотворения, режима ухода за молодняком, времени дойки, длительности инкубационного периода разных видов птиц и т. д.).
БИОСФЕРА (Б.) — область обитания живых организмов планеты Земля, самая большая экосистема. Термин Б. предложил австрийский ученый-геолог Э. Зюсс (1875), однако целостное учение о Б. создал русский ученый В. И. Вернадский (1926), обосновавший геологическую преобразующую роль живых организмов. Именно живые организмы сформировали отложения известняков, залежи угля и нефти, накопили свободный кислород в атмосфере.
Б. охватывает нижнюю часть атмосферы (тропосферу), всю гидросферу (пресные и морские воды) и верхнюю часть литосферы Земли.
Верхняя граница Б. расположена на высоте 6 км над уровнем моря, нижняя — на глубине 15 км в толще земной коры (на такой глубине обитают бактерии в нефтяных водах) и 11 км в океане. По сравнению с диаметром Земли (13 000 км) Б. — это тонкая пленка на ее поверхности. Однако основная жизнь в Б. сконцентрирована в значительно более узких пределах, охватывающих всего несколько десятков метров.
Б. — саморегулирующаяся экосистема, в которой поддерживается экологическое равновесие. Жизнь в Б. осуществляется за счет постоянного потока экологически чистой и неисчерпаемой солнечной энергии и круговоротов химических элементов-биогенов (см. Круговорот воды, Круговорот углерода, Круговорот кислорода, Круговорот азота, Круговорот фосфора). При умеренном вмешательстве человека Б. в состоянии поддерживать эти круговороты, но при его усилении круговороты могут нарушаться.
В настоящее время нарушены круговороты углерода и воды, а также серы, хотя и не настолько, чтобы в ближайшие годы разразился экологический кризис. Однако уже проявляется действие парникового эффекта, на обширных территориях выпадают кислотные дожди. Большую опасность для Б. представляет разрушение озонового слоя. Опасные масштабы приняло техногенное нарушение литосферы (при добыче полезных ископаемых, строительстве городов, дорог, гидротехнических сооружений и т. д.).
Землю сравнивают с космическим кораблем, который путешествует в космосе и не имеет возможности ни произвести ремонт на базе, ни избавиться от отходов. Поэтому судьба «корабля», т. е. Б., находится в руках его команды. Этим объясняется усилившееся в последние годы международное сотрудничество в области охраны окружающей среды.
К понятию Б. близко понятие «гея» (Гея — богиня земли в греческой мифологии), которое в 70-х гг. ХХ столетия предложил английский ученый Дж. Лавлок.
БИОТА (Б.) — живое население экосистемы (населяющие ее растения, животные, грибы, бактерии).
БИОТЕСТИРОВАНИЕ — оценка состояния окружающей среды по живым организмам (см. Биологические индикаторы).
БИОТИЧЕСКАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ СРЕДЫ (Б.т.с.) — изменение абиотических условий под влиянием жизнедеятельности организмов. В. И. Вернадский рассматривал жизнь как геологический фактор, который создал биосферу. Благодаря живым организмам в атмосфере появился кислород, сформировались почвы, образовались толщи осадочных пород на дне океанов. В результате Б.т.с. создаются запасы детрита в виде торфа и сапропеля.
Б.т.с. происходит в ходе автогенных экологических сукцессий (при зарастании озер, скал, восстановлении леса после пожара и т. д.).
Важную роль играет Б.т.с. внутри экосистем: под деревьями изменяется освещенность, что способствует поселению теневыносливых растений; на пороях грызунов в степи разрастаются рудеральные растения.
Человек содействует тем формам Б.т.с., которые уменьшают отрицательное влияние его хозяйственной деятельности на биосферу. Наиболее важными вариантами Б.т.с., которые может усиливать или ослаблять человек, являются:
1. Очистка воды от химических загрязнений животными-фильтраторами. Эффективно очищают воду прибрежно-водные сообщества тростника, камыша, рогоза, топяного хвоща и других растений-амфибий.
2. Поддержание растениями газового состава атмосферы и очистка ее от загрязнений. Благотворное влияние на атмосферу оказывает лес (см. Лесные экосистемы).
3. Влияние растений на гидрологический режим и качество вод наземных экосистем. Главную роль в этом варианте Б.т.с. также играют леса. Большую роль в стабилизации водного режима играют болота.
4. Восстановление организмами баланса гумуса в почвах.
Изучение процессов Б.т.с. и управление ими — необходимый элемент построения общества устойчивого развития (см. Модели мира).