Зміни клімату, безсніжна та безморозна зима: наслідки та прогнози
Цьогорічна безсніжна зима викликала занепокоєння і питання у всіх – від вчених до звичайних людей, адже зміни клімату тепер видно вже неозброєним оком. Стурбовані цією тривожною тенденцією і вчені факультету захисту рослин, біотехнології та екології, і спираючись на власні дослідження будують власні прогнози.
Сучасні масштаби деградації верхнього «живого» покриву планети змушують обирати пріоритетом безумовне збереження природних біологічних систем і їхньої різноманітності. Існування ж життя біологічної різноманітності та її складності базується, в першу чергу, не на сукупності геномів, видів або екосистем, а на різноманітності формування земних ресурсів за принципом розподілу функціональної спрямованості. Масове порушення і навіть знищення природних систем, насамперед за рахунок змін клімату «підриває» видову різноманітність та ієрархічну структуру угруповань – необхідну умову стійкості біосфери. Незначні і короткочасні зміни клімату сумісні зі стійкістю екосистем і її функціями, а от тривалі – позначаються на біорізноманітності негативно. Вже доведено, що зміна клімату призведе до непоправного зменшення біологічного різноманіття, багато видів не зможуть адаптуватися до нових умов життя. А отже зміни у флорі і фауні неминучі, що вплине також на різноманіття і складність біохімічних процесів ґрунту.
На сьогодні одним з основних чинників, які призводять до глобальних втрат біорізноманітя, є збільшення кількості вуглецю в ґрунті та атмосферного СО2. Середня температура за останнє десятиліття підвищилась на понад 0,2оС, кількість опадів впродовж останніх 100 років в середньому змінилась на 2%. Крім того, зміни клімату просторово неоднорідні. Екосистеми піддаються суттєвим впливам, відбуваються зміни середніх температур, кількості опадів, рівня ґрунтової вологи і насичення водними ресурсами, збільшення антропогенного навантаження, що також пов'язане зі збільшенням частоти і інтенсивності екстремальних явищ, які впливають на біологічне різноманіття.
Сукупність біологічної маси мікроорганізмів (біом і метагеном), ґрунту, в якому зосереджено 95,0% всього пулу мікробіоти, майже така ж, як і багатоклітинних організмів. Від життєвої активності мікроорганізмів залежать всі живі організми – як в позитивному, так і негативному розумінні. Залежно від типу ґрунту, його культурного стану і антропогенного навантаження, відмінності різноманітності проявляються в значних амплітудах коливань чисельності, структури і текстури ґрунтових мікроорганізмів. Найбільша різноманітність ґрунтових мікроорганізмів формується в чорноземах і окремих підтипах ґрунтів. Природно-кліматичні зміни з півночі на південь формують зміни в ґрунтах мікробного метагеному, такі як збільшення представленості і домінування окремих видів. Завдяки активному функціонуванню мікробіоти відбувається формування верхнього горизонту ґрунтів, бере участь і визначає потужність утворення гумусового шару, в якому зосереджений найбільший запас органічних форм поживних елементів, тобто родючість ґрунтів і ґрунтові мікроорганізми тісно взаємозв'язані. У аграрному виробництві велику роль грає природна ґрунтова родючість, основу якої складають гумусові речовини, формування і накопичення яких залежить від структури, різноманітності і активності ґрунтової мікробіоти. Її зміни можуть призвести до прискореної мінералізації гумусу.
Зазначимо, що зміна клімату вже призвела до зникнення деяких видів. Значний спектр видів поширився у напрямі полюсів і у вертикальному напрямі і ця тенденція триватиме. Наслідок – поступовий перерозподіл видів-домінантів та видів-едифікаторів, зміна числа і структури реалізованих екологічних ніш в біоценозах і, врешті решт, витіснення аборигенних видів і формуванню нових комплексів, які будуть відмінних від тих, які склалися еволюційно. Фенологічні зміни в популяціях, у т. ч. зміщення циклів розмноження або затримки періодів зростання, впливають на видову взаємодію. Фенологічні порушення у рослин стають несумісними з циклами їх запилювачів, що призводить до зникнення рослин і запилювачів, негативних наслідків, змін структури мереж мутуалізму.
Як зазначають вчені університету південної Флориди (США), оскільки життєві цикли біологічних видів змінюються через зміни клімату, це може впливати на функціонування екосистем з потенційним впливом на продовольчі запаси і хвороби людини.
Результати наших досліджень показують: під впливом змін клімату та антропогенного навантаження на довкілля в ентомофауні агроландшафтів Лісостепу відбуваються істотні зміни. На тлі перебудови таксономічної структури ентомокомплексу помітно зменшилося його видове біорізноманіття. Зауважимо, що роль різноманіття ентомофауни агроландшафтів у регуляції стану популяцій комах, в т.ч. шкідливих для агроценозів, проявляється не стільки через життєдіяльність ентомофагів, скільки через структурування екологічних ніш в агроекосистемах. Висока стійкість різноманітних екологічних систем зумовлена щільним заповненням екологічних ніш, механізмами підтримування яких є, передусім, різні види конкуренції. Вони зумовлюють взаєморегуляцію чисельності популяцій угруповання комах, їхній доступ до ресурсів екосистеми. Наше припущення підтверджується чисельними даними щодо фітосанітарного стану агроекосистем України. Незважаючи на впровадження нових систем захисту рослин, заснованих на високоефективних пестицидах, втрати урожаю від популяцій шкідників мають стійку тенденцію до збільшення. У свою чергу, широке застосування пестицидів – один із потужних екологічних чинників збіднення біорізноманіття комах.
Проведені нами дослідження наглядно ілюструють закономірності динаміки чисельності популяцій різних видів комах. Ключовим чинником, що регулює цей процес є температура навколишнього середовища. Комахи належать до пойкілотермних тварин – температура їх тіла залежить від температури середовища, а здатність до терморегуляції обмежена. Тому серед абіотичних чинників екологічної ніші комах температура є одним із головних чинників, який впливає на них не тільки прямо (через стан фізіологічних та біохімічних систем організму), але й опосередковано. Наприклад, через стан рослинності. Від температури залежить значна кількість інших вимірів екологічної ніші. Таких, як вологість повітря або ґрунту, рухливість і чисельність паразитів й хижаків та швидкість розвитку ентомопатогенів тощо.
Популяціям різних видів комах, які входять до складу екологічного угруповання, притаманні специфічні температурні преферендуми. Тому температура суттєво впливає також на екологічну та таксономічну структуру ентомологічного угруповання, рівні домінування тощо.
Але температура не єдиний чинник, який впливає на динаміку чисельності видів. Екологічні чинники діють на екологічні системи сукупно через прямі та зворотні шляхи. У цьому плані слід відмітити суттєву роль трофічних зв’язків, які опосередковано модифікують чисельність особин популяції в стаціях. Такі зв’язки чітко простежуються на прикладі угруповання комах-дендробіонтів. З’ясовано, що сезонна динаміка чисельності і рясність популяцій комах-дендробіонтів залежить від типу та стану агробіоценозів, з якими межують лісосмуги. Проведені нами дослідження трофічних зв’язків показують: вплив різних стацій на динаміку чисельності обумовлені широкими трофічними зв’язками дендробіонтів, які включають в себе також культурні одно- та багаторічні рослини. Під впливом антропогенних чинників на агрофітоценоз (наприклад, збір врожаю), простежуються міграції комах з агроценозів в лісосмуги, що регулює показники сезонної динаміки чисельності дендробіонтів в основній стації.
Сьогодні близько третини всіх видів комах знаходяться під загрозою вимирання. Щорічні втрати біомаси комах становлять 2,5%, і це спостерігається навіть в середовищі існування з низьким рівнем антропогенного порушення. Вимирання комах зафіксовано у Великобританії, Німеччині, Пуерто-Ріко. Причина остаточно не з’ясована: деякі дослідники вважають, що це наслідок широкого використання синтетичних пестицидів, за думкою інших експертів – вплив змін клімату. Відомо, що фенологія комах у більшому ступені каналізована генетично, ніж фенологія рослин. Тому спеціалізовані комахи-шкідники різних культурних рослин, фенологія яких тонко синхронізована з фенологією рослин-живителів, втрачають чисельність популяцій за останні 10 років із швидкістю 3% за рік, тоді як комахи-поліфаги (наприклад, саранові) почуваються добре. Так, у 2019 році в Україні вперше з 2003 р. зареєстровано формування вогнищ розмноження стадних видів саранових.
Найважливіші для життя параметри зміни клімату, тобто температура, опади, концентрація CO2 і динаміка водного режиму та ресурсів, впливають на усі рівні біологічного різноманіття – гени, види і місця їх існування. На базовому рівні біологічної різноманітності зміни клімату здатні збільшити напруженість геному і тим самим понизити генетичну різноманітність популяцій через зміну напряму добору, генетичного дрейфу, диференціації популяції і їх швидкої міграції. Як наслідок, знижується здатність живих організмів до адаптації в нових умовах довкілля, значить ризик в т.ч. вимирання зростає. Крім того, зміни взаємодії видів безпосередньо впливають на функціонування і гомеостаз екосистем.
На більш високому рівні біологічної різноманітності зміни клімату викликають перебудови в рослинних і мікробних угрупованнях, що в більшій мірі впливатиме на цілісність біосфери в цілому. Оцінка змін екосистем за тисячоліття свідчить, що їм піддалися близько 5-20% екосистем Землі.
Особливе занепокоєння викликають питання порогів стійкості екосистеми, що призводить до незворотних змін у біомах. Такі пороги реально можливі через екологічне розуміння параметра стійкості або зміни екологічних чинників в якості альтернативних станів екосистем. Як показує потенціал для гістерезису, угруповання і екосистеми можуть бути в таких конфігураціях, після зміни яких вони погано відновлюються. Є приклади наслідків вторгнення екзотичних видів, і небажаних змін рослинності в наземних екосистемах. Після того, як екосистема входить в зону небезпеки, одна з її частин знаходиться в небезпеці перетину порогового значення, інша – ні. Заходи щодо підвищення стійкості екосистем, тобто збереження біорізноманітності, набувають вирішального значення.
Підвищення температури повітря може привести і до зміни ареалів теплолюбивих видів збудників хвороб та поширення їх по всій країні. Наприклад, впродовж останніх років в умовах лісостепової зони нами виявлено грибні хвороби, які не мали шкідливості у відкритому ґрунті, зокрема, антракноз перцю. У 2019 р. на томатах ми ідентифікували мікроміцети Passalora fulva (Cooke) U. Braun & Crous, який раніше траплявся тільки у теплицях. Також збільшення температури в оптимальному діапазоні здатне стимулювати інтенсивність продукування збудниками мікозів різних пропагул і зростання кількості генерацій спороношень. Актуальним залишається питання збереження інокулюму мікроміцетів у природних умовах. Відсутність тривалих морозних періодів може створювати умови для перезимівлі літніх спор і накопичення інфекційного матеріалу, що в майбутньому сприятиме ураженню сільськогосподарських культур збудниками різних плямистостей. Необхідно також приділяти увагу іржастим грибам. У випадку теплих вегетаційних періодів на різноманітних видах рослин інтенсивно можуть розвиватися борошнисторосяні патогени.
Активізація змін клімату очікується і при використанні різних видів людської діяльності (тобто трансформації лісових насаджень в ґрунтах аграрного призначення, зростання, створення і розширення антропогенного та урбаністичного впливу). На біорізноманітність постійно відбувається тиск, що призводить до серйозних змін, викликаних глобальними змінами клімату. Прогнозовані темпи зміни клімату ростуть в порівнянні з минулими роками. Таким чином, на місці генетична адаптація більшості населення до нових кліматичних умов маловірогідна, на цьому фоні міграція буде можлива для багатьох видів.
Отже, екосистеми можна розглядати як джерело запасів природного фонду, генеруючі потоки проміжних і кінцевих товарів і послуг екосистем, який буде порушений вищезазначеними чинниками та кліматичними змінами. Запаси природного фонду включають поновлювані (в першу чергу за рахунок природних умов і живих організмів) і не поновлювані ресурси (наприклад біотичні, геологічні, води, атмосфера і земельні ресурси). Екосистемні потоки класифікуються за оцінками екосистем на порозі тисячоліття: гомеостаз (кругообіг поживних речовин, первинне відтворення), регулювання (пом'якшення наслідків стихійних лих, якість води) і виділення ресурсів (продовольство, прісна вода). Запаси і потоки тісно пов'язані між собою. Збіднення запасів ставить під загрозу майбутні виходи потоків. Якщо немає адекватних змін, замін, це впливає на життєздатність природних основних фондів і в результаті створює кризу в глобальному масштабі.
Професори факультету захисту рослин,
біотехнології та екології
Микола Патика, Володимир Чайка,
Віталій Гайченко, Микола Лісовий, Мирослав Піковський
