Экология сообществ и экосистем (стр. 3 )

Принцип функционирования экосистем.

1. Получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках кругооборота всех элементов. Мы видим как четко взаимодействуют растения, консументы и детритофаги, поглощая и выделяя различные вещества. Органика и кислород, образуемые при фотосинтезе в растениях, нужны консументам для питания и дыхания. А выделяемый консументами СО и минеральные вещества мочи - необходимы растениям.

2. Экосистемы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.

Солнечная энергия химическая потенциальная энергия растений (передаётся по пищевым цепям) теряется в виде тепла

Избыток - растения используют 0,5% от падающей на Землю

Вечная - несколько млрд. лет

3. Чем больше биомасса популяции, тем ниже занимаемый его трофический уровень (99 % на энергию).

Динамика и развитие экосистем.

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Эта динамика может касаться как отдельных звеньев экосистем организмов, попу­ляций, трофических групп, так и системы в целом. При этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к экосистеме, а с другой - к факторам, которые создает и изменяет сама экосистема.

Самый простой тип динамики - суточный. Он связан с измене­ниями в фотосинтезе и транспирации (испарении воды) растений. В еще большей мере эти изменения связаны с поведением животно­го населения. Одни из них более активны днем, другие - в сумерки, третьи - ночью. Аналогичные примеры можно привести по от­ношению к сезонным явлениям, с которыми еще больше связана активность жизнедеятельности организмов.

Периодически повторяющуюся динамику называют цик­лическими изменениями или флуктуациями, а направлен­ную динамику именуют поступательной или развитием эко­систем.

К циклическим изменениям относят суточные, сезонные и многолетние. Суточные и сезонные изменения обусловлены периодическими изменениями в неживой природе, а многолетние зависят от изменения климатических условий или связаны с особенностями жизненного цикла организмов. Так, во многих местах количество осадков резко колеблется по годам, засушливые годы чередуются с влажными. Это приводит к колебаниям численности видов растений, имеющих приспособления к жизни либо в засушливых, либо в увлажненных условиях. В процессе суточной и сезонной динамики целостность биоценозов обычно не нарушается. Биоценоз испытывает лишь периодические колебания качественных и количественных характеристик.

Поступательные изменения приводят к смене одного сообщества другим. Различают внешние и внутренние причины смены сообществ.

К внешним, естественным факторам, вызывающим смену сообществ, относят, например, постепенное иссушение почв или их заболачивание. К внешним причинам относят и действие антропогенного фактора, например вытаптывание растительного покрова в лесу, в парковых зонах больших городов, загрязнение водоемов отходами производства.

Внутренние причины, смены сообществ возникают в результате процессов, происходящих в сообществе. Закономерный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия организмов между собой и с окружающей их абиотической средой называют сукцессией (от лат. successio – преемственность, наследование). Иначе говоря, сукцессия – это процесс саморазвития сообществ. Пример сукцессии: озеро → зарастающее озеро →болото → торфяник → лес. В ходе сукцессии малоустойчивые экосистемы сменяются более устойчивыми. Происходит это так. Живые организмы в процессе жизнедеятельности изменяют окружающую среду, поглощая из нее определенные вещества и насыщая ее продуктами своей жизнедеятельности. Среда изменяется, становится менее пригодной для жизни особей обитающих здесь видов, но благоприятной для жизни других видов. В результате одни виды заменяются другими.

На основе конкурентных взаимодействий видов в ходе сукцессии происходит постепенное формирование более устойчивых комбинаций, соответствующих конкретным абиотическим условиям среды.

Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией.

Конечный этап сукцессии – формирование устойчивого равновесия экосистемы, которое называют климаксом (от греч. климакс – лестница). В ходе сукцессии в экосистеме увеличивается число видов, образуются разветвленные цепи питания, формируется ярусность и мозаичность, снижаются темпы роста биомассы. В климаксовом сообществе почти весь годовой прирост растительности расходуется в цепях питания, поэтому чистая продукция экосистемы приближается к нулю.

Таким образом, по Ф. Клементсу (1916), процесс сукцессии состоит из следующих этапов:

1. Возникновение незанятого жизнью участка.

2. Миграция на него различных организмов или их зачатков.

3. Приживание их на данном участке.

4. Конкуренции их между собой и вытеснение отдельных видов.

5. Преобразование живыми организмами местообитания, постепенной стабилизации условий и отношений.

Знание причин смены экосистем имеет большое значение для практической деятельности человека. В сообществах, находящихся на начальных стадиях сукцессии, изъятие избытка чистой продукции не приводит к их разрушению. Вмешательство же в климаксовое сообщество, где вся энергия используется наиболее полно, вызывает нарушение равновесия в нем. Так, сплошная рубка леса на больших площадях приводит не только к полному разрушению лесного сообщества, но и к изменению почвенного покрова, который формировался в течение тысячелетий. На месте лесов возникают более примитивные сообщества – болота, пустоши. Надо помнить о том, что любую разрушенную экосистему очень трудно, а иногда и невозможно восстановить. Для восстановления крупной экосистемы естественным путем требуются столетия.

Виды сукцессий.

Различают следующие формы сукцессий:

– первичные – возникают на ранее незаселенных территориях (например, на незадернованных песках, скалах); биоценозы, первоначально формирующиеся в таких условиях, называются пионерными сообществами. Классический пример — постоянное обрастание голых скал с развитием в конечном итоге на них леса.

– вторичные – возникают в нарушенных местообитаниях (например, после пожаров, на вырубках). Основное отличие этих сукцессии заключается в том, что они протекают несравненно быстрее первичных, так как начинаются с проме­жуточных стадий (трав, кустарников или древесных растений-пионеров) и на фоне более богатых почв. Конечно, вторичная сукцессия возможна только в тех случаях, если человек не будет оказывать сильное и постоянное влияние на развивающие­ся экосистемы. В последнем случае, как отмечалось выше, процесс пойдет по схеме дигрессий и завершится стадией гибели биоценоза и опустынивания территорий.

– обратимые – возможен возврат к ранее существовавшей экосистеме (например, березняк → гарь → березняк → ельник);

– необратимые – возврат к ранее существовавшей экосистеме невозможен (например, уничтожение реликтовых экосистем; реликтовая экосистема – это экосистема, сохранившаяся от прошлых геологических периодов);

– антропогенные – возникающие под воздействием человеческой деятельности.

Различают также автотрофные и гетеротрофные сукцес­сии.

Рассмотренные выше примеры сукцессии относятся к автотрофным, поскольку все они протекают в экосистемах, где цент­ральным является растительный покров. С его развитием связаны смены гетеротрофных компонентов. Такие сукцессии по­тенциально бессмертны, поскольку все время пополняются энер­гией и веществом, образующимися или фиксирующимися в орга­низмах в процессе фотосинтеза либо хемосинтеза. Завершаются они, как отмечалось, климаксной стадией развития экосистем.

К гетеротрофным относятся те сукцессии, которые протека­ют в субстратах, где отсутствуют живые растения (продуценты), а участвуют лишь животные (гетеротрофы). Этот вид сукцессии имеет место только до тех пор, пока присутствует запас готового органического вещества, в котором сменяются различные виды организмов-разрушителей. По мере разрушения органического ве­щества и высвобождения из него энергии сукцессионный ряд за­канчивается, система распадается. Таким образом, эта сукцес­сия по природе своей деструктивна. Примерами гетеротрофных являются сукцессии, имеющие место, например, при разложении мертвого дерева или животного. Так, при разложении мертвого дерева можно выделить несколько стадий смен гетеротрофов. Первыми на мертвом, чаще ослабленном дереве поселяются насекомые-короеды. Далее их сменяют насекомые, питающиеся древесиной (ксилофаги). К ним относятся личинки уса­чей, златок и др. Одновременно идут смены грибного населения. Они имеют примерно следующую последовательность: грибы-пионеры (обычно окрашивают древесину в разные цвета), гри­бы-деструкторы, способствующие появлению мягкой гнили, и грибы-гумификаторы, превращающие часть гнилой древеси­ны в гумус. На всех стадиях сукцессии присутствуют также бак­терии. В конечном счете органическое вещество в основной мас­се разлагается до конечных продуктов: минеральных веществ и углекислого газа. Гетеротрофные сукцессии широко осуществля­ются при разложении детрита (в лесах он представлен лесной подстилкой). Они протекают также в экскрементах животных, в заг­рязненных водах, в частности, интенсивно идут при биологичес­кой очистке вод с использованием активного ила, насыщенного большим количеством организмов.

Накопление органического вещества и энергии на трофических уровнях приводит к повышению устойчивости экосистемы. В ходе сукцессии в определенных почвенно-климатических условиях формируются окончательные климаксные сообщества. В климаксных сообществах весь прирост биомассы трофического уровня расходуется на образование вторичной продукции. Такие экосистемы могут существовать бесконечно долго.