МИНИСТЕРСТВО НА ОБЩО И ПРОФЕСИОНАЛНО

ФОРМАЦИИ НА РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ

ТОМСКИЯ ДЪРЖАВЕН УНИВЕРСИТЕТ ПО СИСТЕМИ

КОНТРОЛИ И РАДИОЕЛЕКТРОНИКА (ТУСУР)

Тест No1

в екология

опция номер 10

Завършено:

Защо производителността на екосистемите се увеличава в процеса на екологична сукцесия?

Променящи се общности.

В хода на приемствеността лицето на общността непрекъснато се променя. Функционирането на екосистемата също се променя. Ако спрете да обработвате обработваемото поле, веднъж завладяно от гората, тогава гората, която преди е заемала тази територия, ще се върне отново тук. На това място обаче първо ще се появят редица общности, които, сменяйки се една друга, ще подготвят пътя за гората. Тези последователни общности могат да бъдат оприличени на етапите на развитие, през които преминават много организми, преди да достигнат зрялост.

Общностите се променят с времето. Променят се видовият им състав, изобилието от определени групи организми, трофичната структура, продуктивността и всички други показатели. Такива промени отнемат много време и по много различни причини от сезонните промени в изобилието от организми, които настъпват, когато индивидите завършат своя жизнен цикъл.

Извънсезонният процес, който представлява определена последователност на поява и изчезване на популации от различни видове в дадено местообитание, се нарича екологична последователности е редовен. Наследяването се контролира от самата общност и не зависи от местоположението или вида на съставляващите я организми.

Баланс на общността.

В екологията се нарича общата консумация на енергия общ дъх на общността.В идеалния случай не може да се случи нито натрупване, нито загуба на биомаса. Следователно биомасата на организмите в такава система остава постоянна, докато самата система остава непроменена или равновесна: процесите на производство се балансират от процесите на дишане.

Различни видове равновесие в общността:

Характерно за затворена общност: тук не идват допълнителни продукти, а собственият остава изцяло вътре в нея.

Характерно за някои екосистеми на течаща вода. Тук органичната материя възниква не само в резултат на функционирането на автотрофите, но и от приток отвън.

Характерно е за селскостопанските екосистеми, където има постоянно изтегляне на част от продукцията.

Ако общо дишанепо-малко брутна първична продукция, екосистемата ще натрупа органична материя, ако повече - нейното изчезване. И двете ще доведат до промени в общността. При излишък от ресурс винаги ще има видове, които могат да го овладеят. При липса на ресурси някои видове ще изчезнат. Такива промени съставляват същността на екологичната сукцесия. Основната характеристика на този процес е, че промените в общността винаги настъпват в посока на равновесно състояние.

Автотрофна и хетеротрофна последователност.

Развитието на гора в изоставено поле е пример за сукцесия, протичаща в ясно дефинирано автотрофно състояние, тъй като автотрофните организми се появяват в първия момент. Тази последователност се нарича автотрофни.Видовият състав на организмите се променя от година на година, а в общността има натрупване на органична материя. Автотрофната сукцесия е широко разпространено явление в природата, което започва в необитаема среда и се характеризира с ранно и дългосрочно преобладаване на автотрофни организми.

Пример за друг вид сукцесия е река, замърсена с голямо количество органични отпадъци. Излишната органична материя в този случай започва активно да се използва от хетеротрофите. В същото време той се консумира по-бързо, отколкото се създава, тоест има постоянно намаляване на органичната материя. Това - хетеротрофна последователност.

Хетеротрофната последователност се характеризира с първоначално преобладаване на хетеротрофни организми и възниква, когато околната среда е пренаситена с органична материя. Енергийните резерви тук първоначално са максимални и намаляват с последователност, освен ако, разбира се, не се въведе допълнителна органична материя.

Потокът на енергия, преминаващ през общността, намалява по време на хетеротрофна сукцесия. За разлика от това, при автотрофен тип сукцесия, енергийният поток може дори да се увеличи.

1. Какво се нарича трофична структура на общността?

Отговор. Трофичната структура на общността е екологичен индикатор за хранителните взаимоотношения в нея. Всяка общност може да бъде представена като хранителна мрежа, тоест диаграма на цялата храна, или трофични (от гръцки tropho - хранене), взаимоотношения между видовете на тази общност. Хранителната мрежа (преплитането й може да бъде много сложно) обикновено се състои от няколко хранителни вериги, всяка от които е отделен канал, през който се пренасят както материята, така и енергията. Прост пример за хранителна верига е даден от следната последователност: растителност - растителноядно насекомо - популация от хищни насекоми - насекомоядна птица - граблива птица. В тази верига се осъществява еднопосочен поток от материя и енергия от една група организми към друга.

2. Какви фактори на околната среда познавате?

Отговор. Факторите на околната среда са отделни елементи на околната среда, които взаимодействат с организмите.

Има абиотични, биотични и антропогенни фактори. Абиотични фактори: светлина, температура, влажност и други климатични компоненти, състав на въздуха, почвата и други, т.е. елементи от неживата природа.

Биотични фактори: живи тела или организми, всички видове взаимодействия между тях (фитогенни, зоогенни).

Антропогенни фактори: обезлесяване, пресушаване на блата, изграждане на язовир, изпускане на различни химикали в атмосферата и др. (т.е. човешка дейност).

Въпроси след § 86

1. Какво е приемственост?

Отговор. Общностите непрекъснато се променят. Променят се видовият им състав, броят на определени групи организми, трофичната структура, продуктивността и всички други показатели. Общностите се променят с времето.

Естественият и последователен процес на промяна на общностите в определен район, предизвикан от взаимодействието на живите организми помежду си и тяхната абиотична среда, се нарича сукцесия (от лат. successio - наследство, смяна на поколенията, приемственост).

2. Възможно ли е равновесие в общност, където „пълното дишане” на организмите не е равностойно по отношение на брутното производство?

Отговор. За да разберем естеството на екологичната сукцесия, нека си представим идеална общност, в която брутното, т.е. общото производство на автотрофи в енергийно отношение точно съответства на енергийните разходи, използвани за осигуряване на жизнената дейност на съставляващите я организми. В екологията общата консумация на енергия се нарича общо дишане на общността.

Ясно е, че в такъв идеален случай процесите на производство се балансират от процесите на дишане. Следователно биомасата на организмите в такава система остава постоянна, докато самата система остава непроменена или равновесна.

Ако "общото дишане" е по-малко от брутната първична продукция, в екосистемата ще настъпи натрупване на органична материя, ако е повече - нейното намаляване. И двете ще доведат до промени в общността. При излишък от ресурс винаги ще има видове, които могат да го овладеят, при недостиг от него някои от видовете ще изчезнат. Такива промени съставляват същността на екологичната сукцесия. Основната характеристика на този процес е, че промените в общността винаги настъпват в посока на равновесно състояние.

Всеки етап на приемственост е общност с преобладаване на определени видове и форми на живот. Те се заместват един друг, докато настъпи състояние на стабилно равновесие.

3. Какви видове наследяване познавате?

Отговор. Има първични и вторични последователности.

Първичните сукцесии възникват върху субстрати, които не са засегнати от почвообразуването и са свързани с образуването не само на фитоценоза, но и на почвата. Пример за първична сукцесия е заселването на люспи и листни лишеи върху камъни. Под действието на лишейните секрети каменистият субстрат постепенно се превръща в своеобразна почва, където се заселват храстовидни лишеи, зелени мъхове, след това треви и други растения и др.

Вторичните сукцесии се развиват на мястото на установени биоценози след тяхното нарушаване, например в резултат на ерозия, суша, пожар, обезлесяване и др.

4. Какви са разликите между млади и зрели общности?

Отговор. Продължителността на наследяването до голяма степен се определя от структурата на общността. В първична последователност са необходими много стотици години, за да се развие устойчива общност.

Вторичните последователности протичат много по-бързо. Това се обяснява с факта, че първичната общност оставя след себе си достатъчно количество хранителни вещества, развита почва, което създава условия за ускорен растеж и развитие на нови заселници.

Една зряла общност, със своето голямо разнообразие и изобилие от организми, развита трофична структура и балансирани енергийни потоци, е в състояние да издържи промените във физическите фактори (напр. температура, влажност) и дори някои видове химическо замърсяване в много по-голяма степен от млада общност. Младата общност обаче е способна да произвежда нова биомаса в много по-големи количества от старата.

Така човек може да пожъне богата реколта под формата на чисти продукти, изкуствено подпомагайки общността в ранните етапи на приемственост. В крайна сметка, в една зряла общност, която е на етап устойчивост и стабилност, нетният завършен продукт се изразходва главно за „общото дишане“ на растенията и животните и дори може да бъде равен на нула.

От друга страна, стабилността на една зряла общност, нейната способност да издържа на въздействието на физическите фактори (и дори да ги контролира) е много важно и силно желано свойство.

Наблюдавали ли сте някога последователни промени в природата? Разкажете ни за вашите наблюдения.

Отговор. Когато дадена общност е унищожена от човешка дейност или природни бедствия като наводнение или пожар, тя започва бавен процес на възстановяване до първоначалното си състояние, известен като приемственост. Наследяването е последователност от промени, които в крайна сметка водят до образуването на кулминационна общност (ако приемем, че не настъпи по-нататъшно прекъсване).

Пример за последователност е възстановяването на кулминационна широколистна гора в изоставено поле. Когато полето вече не се обработва, то скоро обраства с едногодишни тревисти растения, които образуват пъстър килим: черна синап, амброзия, глухарчета. Тези "пионери", които са дошли в ново местообитание, растат бързо и произвеждат семена, приспособени да се разпространяват на относително голяма площ с помощта на вятъра или животни. Скоро тук се появяват по-високи растения като златната пръчка и многогодишните треви. Тъй като тези извънземни засенчват земята и техните обширни коренови системи изтеглят цялата влага от почвата, става трудно за разсад от видовете, които влизат първи в полето, да растат. Но точно както тези високи плевели заглушават слънцелюбивите първи видове, те от своя страна са засенчени и дехидратирани от разсад на пионерски дървета, като череша и трепетлика, които се заселват по-бавно, но, достигайки достатъчен размер, поемат лъвския дял от всички ресурси за себе си. . Последователността не свършва дотук, тъй като пионерските дървета не са сред видовете, които образуват зрялата кулминационна гора; бавно растящи видове дъб и хикори или бук и клен, които се появяват последни и изтласкват пионерите, като засенчват младите им дървета.

Наследяването в изоставено поле е пример за вторична сукцесия, настъпваща сравнително бързо, тъй като се случва на почва, останала от първоначалната кулминационна гора. Ако почвата е силно изтощена в резултат на лошото й стопанисване или напълно отсъства (както при голи скали, изложени след оттеглянето на леда, или върху потоци замръзнала лава), тогава последователността протича много по-бавно, тъй като растежът на повечето растения става възможно само след образуването на почвата.

Последователност, започваща върху голи скали, се нарича първична последователност. Образуването на почвата може да възникне в резултат на ерозия на повърхността на основната скала от действието на киселината, отделяна от лишеите, или при замръзване и размразяване на натрупваща се в пукнатини вода, което причинява разрушаване на скалата. Освен това умиращите лишеи внасят органична материя в новообразуваната почва и мъховете могат да се закрепят дори върху много тънък слой от остатъци от лишеи и минерален прах. Тъй като мъховете постепенно разграждат скалата и добавят свой собствен мъртъв материал към натрупващата се почва, става възможно малките вкоренени растения да поникнат и да растат, започвайки процес, до голяма степен подобен на последователността на „изоставено поле“.

Последователността може да се наблюдава дори на градска улица. Мъхове, лишеи и плевели колонизират пукнатините по тротоарите; доста големи растения могат да растат в някой ъгъл, където се натрупват паднали листа и мръсотия, а върху покриви, които се нуждаят от ремонт, могат да растат мъхове. Ако спрете да почиствате и ремонтирате улиците, тогава дори центърът на голям град в течение на едно поколение може да се превърне в гориста местност, осеяна с камъни.

Съществуването на различни места, които преминават през сукцесия, осигурява постоянен източник на „скитащи“ растения – бързорастящи плевели, които внезапно се появяват и също толкова внезапно изчезват. Семената на тези видове могат да бъдат разпръснати на значителни разстояния от вятър или животни. В допълнение, семената на много "скитащи" растения са в състояние да останат в латентно състояние за дълги периоди, като покълнат, след като някои смущения в околната среда създават подходящи условия, например увеличават осветеността.

Равновесие- това е състоянието на екосистемата, при което съставът и продуктивността на нейната биотична част (биоценоза) във всеки момент от време най-пълно съответства на абиотичните условия - почва и климат; и този баланс осигурява дългосрочно стабилно съществуване на този природен комплекс.

Състоянието на равновесие се характеризира преди всичко с такива признаци:

А) Постоянството на видовия състав на биоценозата.Тези. има добре балансиран набор от видове животни, растения, микроорганизми. Трофичните връзки са стабилни, екологичните ниши са гъсто запълнени. средата, създадена при такава биогеоценоза, е толкова специфична, че ограничава въвеждането на нови видове в общността; и поради това местните общности могат да останат стабилни за значителен брой години.

Б) Постоянството на хранителните цикли.Целият въглерод и азот, поети от екосистемата от атмосферата, се връщат в нея в резултат на дейността на разложителите. Всички минерални хранителни вещества (P, K, Ca и др.) след разлагането на мъртвата органична материя се връщат в почвения разтвор за повторна употреба от корените на растенията. Ако част от органичната материя премине в детрит, тогава скоростта на нейното натрупване съответства на скоростта на нейното разлагане от разложителите. Тези. всички вещества, усвоени от биотата, се връщат в околната среда.

Човек може да си представи различни видове равновесие. Първият е типичен за затворена общност : тук не идва допълнително производство, а собственото производство на общността остава изцяло в него. Равновесието тук означава това цялото бруто производство на автотрофи съответства на разходите за осигуряване на жизнената активност на организмите, които съставляват тази биоценоза. Да го наречем "общ дъх". Такава общност е като фабрика, в която производствените разходи са точно равни на получената печалба. Производственият процес се балансира от процесите на "общо дишане". Характерен е вторият тип равновесие за някои екосистеми "течаща вода" , в който органичната материя възниква не само в резултат на функционирането на автотрофите, но и в резултат на приток отвън. Равновесието тук означава това "общото дишане" е равно на брутното производство на самата общност, допълнено от приема на органична материя отвън. За някои екосистеми отстраняването на материята извън техните граници е толкова голямо, че стабилността им се поддържа главно поради притока на същото количество материя отвън; докато вътрешната циркулация е неефективна. Това са течащи резервоари, реки, потоци, местности по стръмните склонове на планините. В селскостопанските агроекосистеми (третият тип равновесие), напротив, има постоянно изтегляне на част от продукцията, както вече беше споменато. Следователно в такива екосистеми равновесието се постига само когато "пълното дишане" е осигурено от количеството продукция, която ще трябва да остане в системата след отстраняването на частта си от човека (реколта).Това принцип относно невъзможността за пълно изтегляне на продукти от системата, ако няма допълнителни компенсаторни доставки на ресурси отвън.

С всичко това трябва да се каже, че в действителност нито една, дори най-голямата екосистема на Земята, няма напълно затворена циркулация на вещества. Тези екосистеми, които имат повече или по-малко пълна циркулация на веществата, всъщност са все още относително автономни (гори, ливади, езера и др.). Континентите обменят материя с океана, литосферата (с участието на атмосферата в тези процеси); и цялата ни планета получава част от материята и енергията от космоса и дава част на космоса.

Ако "общото дишане" е по-малко от брутното първично производство, органичната материя ще се натрупва в екосистемата. Ако повече - изчезването му. И двете ще доведат до промяна в общността. При излишък от ресурс винаги ще има видове, които могат да го овладеят. При липса на ресурси някои видове ще изчезнат. Тези. екосистемата отново ще се върне в състояние на равновесие, но ще бъде различно – ново. По този начин, Основната характеристика на екологичното равновесие е неговата мобилност. Такива промени съставляват същността на т.нар екологична приемственост - последователната смяна на една общност от друга. Основната характеристика на този процес е, че общността се променя винаги се случва към равновесие .

В) Пълно разсейване на енергията, постъпваща в екосистемата. Цялата усвоена от екосистемата енергия, след преминаване през трофичните вериги, се разсейва под формата на топлина и се „изгаря“ от организмите в процеса на живот и работа. Екосистемата поддържа баланс поради факта, че постоянно получава нова слънчева или химическа енергия.

Екологичното равновесие в екосистемите се поддържа от сложни механизми на взаимоотношения между живите организми и условията на околната среда; между индивиди от един и същи вид и индивиди от различни видове помежду си, които вече обсъдихме. Взаимоотношенията между организми от едно и също трофично ниво се наричат ​​хоризонтални.(състезание) , а между организми с различни трофични нива - вертикални(хищничество, симбиоза).

В допълнение към равновесието на състоянието, всяка екосистема се характеризира и със степен на стабилност, стабилност и издръжливост. устойчивост Екосистемите са способността да издържат на всякакви външни и вътрешни смущения, включително антропогенни, и всеки път да се връщат към първоначалното си равновесно състояние.Тези. способността да се възстановява всеки път. стабилност Екосистемите - способността да остават непроменени, да поддържат своята структура и функционални характеристики за неопределено време, благодарение на вътрешните си регулаторни механизми.Ако една нестабилна екосистема може да се отклони в една или друга посока в своето развитие дори без особени смущения отвън, то стабилната винаги остава непроменена. Издръжливост - способност за понасяне на дълготрайни външни и вътрешни смущения и адаптиране към тях, поддържайки динамичен (мобилен) баланс.Тези. способност за адаптиране към неблагоприятни условия.

Историята познава много случаи, когато късогледството на човек е причинило най-сериозните нарушаване на екосистемата. Какво причини това може да бъде причинено от:

а)унищожаване от екосистемата на хищник(в същото време страдат популациите на жертвите и ресурсите, с които се хранят – цялата трева се яде от копитни животни);

б)включване в екосистемата на вид, за който няма разложител- в резултат на това натрупване на неразложен детрит (в Австралия крави и торни бръмбари);

v)включване в екосистемата на растителни видове, които тук нямат фитофаги- в резултат на това - прекомерно размножаване и потискане на местните видове (в Австралия молец и молец);

ж)подобни последствия имат обратния ефект – унищожаването на фитофага в екосистемата;

ж)промяна в климатичните, почвените, хидроложките условиявключва промяна във флората и фауната на екосистемата.

Равновесието (стабилността) и разнообразието са свързани с много сложни взаимозависимости. Голямото разнообразие не винаги осигурява на биоценозата подходяща стабилност и стабилност. В крайна сметка твърде големите и сложни системи с много високоспециализирани и внимателно съобразени елементи често са лесни за унищожаване.

ДИНАМИКА НА ЕКОСИСТЕМИТЕ

В живата природа няма замръзнали, статични процеси. Естествено, в екосистемите непрекъснато настъпват определени промени. Те връщат екосистемата в баланс отново и отново. Както вече казахме, основната характеристика на екологичното равновесие е неговата мобилност – динамичност. В основата си тези Промените в екосистемите могат да бъдат приписани на две основни видове: а) обратимо циклично (периодично) и б) необратимо транслационно.

а) Цикличните процеси са свързанис честотата на външните условия. циркадните ритмиПромените в температурата, влажността и осветеността също предизвикват съответна промяна в дейността на различни организми, обитаващи екосистемата. Сезонни промени в екосистемитевъзникват през годината от пролет до пролет и вече влияят на количествените показатели, характеризиращи състоянието на биоценозата. Това е особено изразено в климатичните зони с контрастиращи условия на зимата и лятото. Съотношението на различните видове организми през различните периоди на годината може да варира значително в зависимост от циклите на размножаване, сезонните миграции и миграциите. Освен това редица видове могат напълно да изпаднат от живота на общността, изпадайки в ступор или хибернация. При растенията, в зависимост от сезоните, някои нива може да липсват напълно (билките са едногодишни през зимата). Дългосрочната периодична променливост зависи преди всичко от промените в климатичните параметри през годините.

Б)В допълнение към отбелязаните циклични промени в екосистемите, насочени прогресивни процесиводещи до необратими промени, необратими последици. В резултат на това може да се появи биоценоза, която е качествено различна от предишната. Понякога в природата смяната на биоценозите настъпва внезапно, в резултат на резки и дори катастрофални събития в околната среда.(пожар, разлив на голямо количество нефт, обезлесяване, наводняване или понижаване на нивото на подпочвените води, преминаване на машинни колела в тундрата). Това може да се случи или под въздействието на природни сили, или в резултат на човешка дейност. В същото време факторът, предизвикващ промяната, по никакъв начин не е свързан с предишния ход на развитие на екосистемата и задава друга посока на нейното развитие, което може да доведе до нарушаване на биоценотичните взаимоотношения, екологично равновесие и дори до смърт. на биоценозата. Но с прекратяването на фактора на тази територия може да започне нова линия на развитие на живата покривка, която с течение на времето, стъпка по стъпка, ще доведе до появата на нова общност тук, вероятно подобна на местната, разрушена . Но по-често в природата промяната на една биоценоза с друга става постепенно, сякаш стъпаловидно, последователно, успоредно с промените в условията на околната среда.- с увеличаване (или намаляване) на влагата или богатството на почвата, с изменение на климата и т.н. В този случай се променя съставът на живите организми, видът на циркулацията на веществата и нивото на продуктивност на екосистемата. Постепенно ролята на някои видове намалява, докато други се увеличават, различни видове изпадат от екосистемата или, обратно, я попълват. Това явление на постепенното постепенно заместване на една биогеоценоза с друга се нарича приемственост. Такива промени в общността водят, като правило, от по-малко стабилно състояние към по-стабилно.Тези. всяка биогеоценоза има тенденция в своето естествено развитие да балансира, както вече беше споменато.

Много екосистеми съществуват от десетки и дори стотици години.

Устойчивостта на екосистемите е тяхната способност да издържат на колебанията на външни фактори и да поддържат своята структура и функционални характеристики. За да се поддържа такава стабилност на екосистемите, е необходим баланс в потоците на материя и енергия, процесите на обмен между организмите и тяхната среда. Една устойчива екосистема трябва да получава вещества от околната среда в необходимото количество и да се отървава от отпадъците. В зависимост от метода на поддържане на устойчивост екосистемите се делят на отворени и затворени.

Отворените екосистеми непрекъснато получават енергия и материя от околната среда. В такива екосистеми непрекъснато протичат процесите на натрупване и разлагане на материята. Този тип включва естествени екосистеми, балансът в тях се поддържа спонтанно.

В затворените екосистеми няма постоянен обмен на материя и енергия с околната среда. Системата не е в състояние да се отърве от ненужните продукти. Равновесието в този случай може да се поддържа изкуствено. Без външна намеса затворените системи са нестабилни и бързо губят стабилност.

Екологичното равновесие е относителното постоянство на видовия състав на живите организми, тяхното изобилие, продуктивност, разпространение в пространството, както и сезонни промени, биологичния цикъл на веществата и други биологични процеси в екосистемата, водещи до дългосрочно съществуване на тази екосистема. Разбира се, никоя екосистема не е абсолютно стабилна, неподвижна: броят на някои видове периодично се увеличава, докато броят на други намалява. Такива процеси се случват периодично и като цяло не извеждат системата от баланс. Следователно основната характеристика на екологичното равновесие е неговата мобилност. Има два вида мобилност на баланса:

Обратими промени в екосистемата са промени, които настъпват от пролет до пролет в екосистемата при запазване на видовия състав;

Екологичната сукцесия (лат. succesio - приемственост, наследство) е последователно изменение на екосистеми, които възникват на една и съща територия или водна зона (биотоп) под влияние на природни или антропогенни фактори. В зависимост от първоначалното състояние на субстрата, върху който се развива сукцесията, биват първични и вторични сукцесии.

Първичната сукцесия е процесът на развитие на екосистемите в необитаеми райони, започващ с тяхното колонизиране. Например заселването на острови, възникнали в резултат на вулканична дейност. Или обрастването на гола скала, първо с лишеи, после с мъхове, треви и други растения. В процеса на първична сукцесия се образуват не само фитоценози (гр. phyton – растение, koinos – общ), т.е. растителни биоценози, но и почвата.

Вторичната сукцесия е възстановяването на екосистеми, които някога са съществували в този биотоп. На такива места обикновено се съхраняват богати жизнени ресурси. Следователно вторичните сукцесии водят до образуване на биоценози много по-бързо от първичните.

Има автотрофни и хетеротрофни сукцесии.

Автотрофната сукцесия възниква под въздействието на слънчевата енергия, докато в общността преобладават автотрофните организми. В хода на автотрофната сукцесия общността се усложнява и стабилността на екосистемите се повишава.

Пример за автотрофна сукцесия е екосистема, която започва да се възстановява при горски пожар (фиг. 5). След 1-2 години мястото на пожара е обрасло с трева, след няколко години се появяват първите храсти, след 20-25 години територията е покрита с гора: първо растат широколистни, а след това сенколюбиви иглолистни дървета.

Фиг.5. Автотрофна сукцесия при горски пожар

Хетеротрофната сукцесия е типична за случаите, когато в екосистемата има излишък от органична материя (замърсени водни тела, разлагащи се растителни остатъци и др.) В този случай в общността преобладават хетеротрофните организми, така че енергийното снабдяване не се увеличава, но намалява. Резултатът от хетеротрофната последователност е или смъртта на всички организми, или значително опростяване на общността.

Пример за хетеротрофна последователност е "стареенето" на водните тела. Има два основни етапа на приемственост – развиващ се и зрял. Тези етапи се характеризират с различни свойства и различна степен на стабилност.

Зрелите системи имат по-голяма способност да съхраняват вещества в обменния фонд. Циклите в тях са предимно затворени. Повишаването на стабилността на екосистемите по време на сукцесия води до факта, че всеки следващ етап продължава по-дълго от предишния.

Зрелите системи са най-стабилни във времето. Но те също могат да бъдат унищожени по време на природни и причинени от човека бедствия. Ако разгледаме дълги периоди от време, се оказва, че всяка последователност е цикличен процес. Циклите може да не се повтарят напълно, да отнемат различни периоди от време, но цикличността остава.

В зависимост от причините, довели до промяната на екосистемите, сукцесиите се делят на автогенни и алогенни.

Автогенните сукцесии (самогенерирани) възникват поради вътрешни причини (промяна на околната среда под влияние на общността), алогенните (генерирани отвън) са причинени от външни причини (например изменение на климата).

В последните етапи на сукцесия обикновено се формират стабилни общности, които се наричат ​​климакс.

Кулминационната общност, климакс (на гръцки klimax - стълби) се характеризира с най-висока производителност и най-голямо разнообразие.

Способността на популация или екосистема да поддържа подвижно-стабилен баланс при променящи се условия на околната среда се нарича екосистемна хомеостаза.

Механизмът за поддържане на хомеостазата се основава на два принципа:

Принципът на цикличността е многократното използване на хранителни вещества в екосистемата. Това прави запасите от минерали в екосистемата практически неизчерпаеми.

Принципът на "обратната връзка" е, че отклонението на екосистема от състояние на равновесие привежда в движение сили, които я връщат в равновесно състояние.

БИОСФЕРА

4.1. БИОСФЕРА – ЖИВАТА ОБЩИПКА НА ЗЕМЯТА

Биосферата, според определението на В. И. Вернадски "зона на живот", обхваща долната част на атмосферата (тропосферата), цялата хидросфера и горната част на литосферата (почвата). С други думи, биосферата е глобален биотоп, обитаван от всички живи организми, включително хората.

Биосферата е съвкупност от части от геосферите (лито-, хидро- и атмосфера), която е обитавана от живи организми, под тяхно влияние и е заета от продуктите на тяхната жизнена дейност. Той не образува плътен слой с ясни граници, а сякаш "импрегнира" други геосфери на планетата. Горната граница на биосферата се простира от повърхността на Земята до озоновия слой, чиято максимална плътност е на височина 20-25 km. Над тази граница организмите не могат да живеят: те са вредни за ултравиолетовото лъчение на Слънцето и много ниските температури (-56 ° C).

Почти цялата хидросфера, включително най-дълбоката депресия (Марианская) на Световния океан (11022 m), е заета от живот.

Долната граница на биосферата минава по дъното на океана в хидросферата и на дълбочина 3,0-3,5 km в земната кора на континенталната зона, където подземната температура достига 100 °C и повече. Тази температура също е пагубна за всички живи същества.

Земята е най-гъсто населена с организми, повърхностните води на океана и дъното му на малка дълбочина (до 250 m), където проникват слънчевите лъчи. Тук има особено благоприятни условия за живот.

Средната дебелина на биосферата е малко над 20 км. В сравнение с диаметъра на земното кълбо (13 000 км), биосферата е тънък филм. Въпреки това съобществата от кърлежи живеят в планински ледници на височина до 6 km; от птици кондорът може да се издигне до 7 km; в дълбините на океана (до 11 km) има съобщества от животни и микроорганизми; в подземните нефтени води на сушата на дълбочина до 15 km могат да бъдат открити съобщества от бактерии (хемоавтотрофи).

Масата на биосферата се оценява на около 1,5·10 21 kg.

Биосферата има система от свойства, които осигуряват нейното функциониране, саморегулация, стабилност и други параметри. Основните свойства са както следва.

1. Биосферата е централизирана система. Живите организми (жива материя) действат като негова централна връзка.

2. Биосферата е отворена система. За поддържане на живота на Земята е необходимо да се получава енергия отвън и част от тази енергия се отразява и отива в космоса.

3. Биосферата е саморегулираща се система , която, както отбелязва В. И. Вернадски, се характеризира с организираност. Това свойство сега се нарича хомеостаза.

4. Биосферата е система, характеризираща се с голямо разнообразие. Биосферата, като глобална екосистема, се характеризира с максимално разнообразие сред другите системи. За всяка природна система разнообразието е едно от най-важните й свойства. С него се свързва възможността за дублиране, предпазна мрежа, замяна на едни връзки с други, степента на сложност и здравина на хранителните и други връзки. Следователно разнообразието се счита за основно условие за устойчивост на всяка екосистема и биосферата като цяло.

5. Наличието в биосферата на механизми, които осигуряват циркулацията на веществата и свързаната с това неизчерпаемост на отделните химични елементи и техните съединения.

Биосферата е сложна природна система. Включва:

Жива материя - съвкупност от тела на живи организми, живеещи на планетата Земя;

Биогенно вещество е вещество, създадено и преработено от живи организми (въглища, варовик, битум);

Инертната материя е вещество, в чието образуване не участва животът (скали, газове);

Биоинертна материя е вещество, което се създава едновременно от живи организми и инертни процеси (естествена вода, почва, солена морска вода, кора за изветряне, тропосфера);

Радиоактивните елементи имат сложен изотопен състав, идващи от дълбините, разпръснати и разпръснати, създавайки и променящи енергията на биосферата;

разпръснати атоми;

Вещество с космически произход (метеорити, космически прах).

Живите организми значително промениха облика на нашата планета, преобразиха земната кора, хидросферата и долната атмосфера. И сега те участват в разрушаването на скалите, в образуването на почвата, минерали, като торф, регулират съдържанието на кислород и въглероден диоксид в атмосферата.

Дори в ранните етапи на еволюцията живата материя се разпространява в безжизнените пространства на планетата, заемайки всички потенциално достъпни за живот места, променяйки ги и превръщайки ги в местообитания. В. И. Вернадски нарече тази способност за разпространение на жива материя „вездесъщност на живота“.

В. И. Вернадски смята живата материя за най-мощния геохимичен и енергиен фактор, водещата сила в развитието на планетата. Върхът на еволюцията на живата материя на Земята беше човек, който придоби не само съзнание (съвършена форма на отражение на околния свят), но и способността да прави и използва инструменти в живота си. С помощта на инструменти човечеството започна да създава изкуствена среда, своето местообитание и еволюцията на биосферата навлезе в нова фаза - фазата на ноосферата. Ноосфера (на гръцки noos - ум, sphaira - топка) - сферата на ума, най-високата степен на развитие на биосферата, когато разумната човешка дейност се превръща в основен определящ фактор в нейното глобално развитие. Терминът "ноосфера" е въведен за първи път през 1927 г. от френския философ Е. Лероа за обозначаване на черупката на Земята, която включва човешкото общество с неговата индустрия, език и други видове интелигентна дейност. В. И. Вернадски пише: „Ноосферата е ново геоложко явление на нашата планета. В него за първи път човекът се превръща в най-голямата геоложка сила. Той може и трябва да изгради отново областта на живота си със своята работа и мисъл, да изгради по радикален начин в сравнение с това, което е било преди.

Естествените екологични системи (биогеоценози) съществуват дълго време - десетки и стотици години, запазвайки своята структура и функционални свойства. тези. имат определена стабилност. За да се поддържа стабилността на една екосистема, е необходимо да се балансират потоците на материя и енергия, процесите на метаболизъм между организмите и околната среда.

Състоянието на екосистемата, при което съставът и продуктивността на биотичния компонент във всеки конкретен момент от време съответства на абиотични условия, се характеризира като екологичен баланс.

Нека си представим общност, в която брутното (тоест общо) производство на автотрофи в енергийно отношение точно съответства на енергийните разходи, използвани за осигуряване на жизнената дейност на съставляващите я организми. Общата консумация на енергия се нарича общо дишане на общността.

Ясно е, че в този идеален случай не може да настъпи нито натрупване на биомаса, нито нейната загуба. Следователно биомасата на организмите в такава система остава постоянна, докато самата система остава непроменена или равновесна (производствените процеси се балансират от процесите на дишане).

Човек може да си представи различни видове равновесие.

Първоот тях е характерно за затворена общност: тук не идва допълнително производство, а собственото производство на общността остава изцяло в него.

Вторият вид балансхарактерна за някои екосистеми от течаща вода, чието органично вещество възниква не само в резултат на функционирането на автотрофите, но и приток отвън. Равновесието тук означава, че "общото дишане" е равно на брутната продукция на самата общност, допълнена от притока на органична материя отвън.

Третият вид баланс(в селскостопанските екосистеми), напротив, включва постоянно изтегляне на част от продукцията. Следователно в такива екосистеми равновесието се постига само когато „общото дишане“ е равно на количеството продукция, която остава в системата след отстраняването на част от нея.

Ако "общото дишане" е по-малко от брутната първична продукция, в екосистемата ще настъпи натрупване на органична материя, ако е повече - нейното изчезване. И двете ще доведат до промени в общността. При излишък от ресурс винаги ще има видове, които могат да го овладеят. При липса на ресурси някои видове ще изчезнат. Основната характеристика на този процес е, че промените в общността винаги настъпват в посока на равновесното състояние.

стабилностекосистемите за дълго време предполага относителната неизменност на популациите на нейния вид. Тя може да бъде дългосрочна само ако промените в околната среда, причинени от едни организми, са точно компенсирани от дейността на други, с противоположни екологични изисквания. Това условие се нарушава, когато се наруши кръговрата на веществата и тогава някои от популациите, които не могат да издържат на конкуренция, се заменят с други, за които тези условия са благоприятни, и се възстановява хомеостазата.

Позицията на видовата популация в екосистемата се определя, от една страна, от набор от изисквания за абиотични условия, а от друга страна, от комплекс от взаимоотношения с популациите на други видове и формата на участие в общи функции на биоценозата. Мястото на организма в природата и целия начин на неговата жизнена дейност (т.нар. жизнен статус), включително отношението към факторите на околната среда, видовете храна, времето и начините на хранене, местата на размножаване и убежища и др. определена като екологична ниша. Дългосрочното съвместно съществуване като част от единна многовидова общност е довело до еволюционното формиране на такава система от взаимоотношения в екосистемите, при която всеки вид пространствено и функционално заема определена позиция в състава на биоценозата, т.е. заема своята екологична ниша.

Съвкупността от видове, съставът и сложността на хранителните мрежи и най-стабилните форми на взаимодействие между популациите в една екосистема отразяват приспособимостта към характеристиките на околната среда и са насочени към поддържане на цикъла при тези условия.

Важна характеристика на екосистемите е тяхната стабилност, което се разбира като способността на една екосистема да се върне в първоначалното си (или близко до него) състояние след въздействието на фактори, които я извеждат от равновесие. Най-голяма стабилност, поради причините, разгледани по-горе, се характеризират с екологични системи с много относително малки видове.

§4 Динамика на екосистемите (последователности)

Основната характеристика на екологичния баланс на една екосистема е нейната мобилност. Всяка екосистема, адаптираща се към промените във външната среда, е в състояние на динамика. Правете разлика между циклична и насочена динамика. Пример за циклична динамика е сезонна промяна в активността на жизнената дейност на организмите или периодична промяна в броя на отделните видове в дългосрочна серия. Насочената динамика е прогресивното развитие на екосистемите. Този тип динамика се характеризира или с въвеждането на нови видове в екосистемите, или с замяната на някои видове с други, което в крайна сметка води до промяна в биоценозите и екосистемите като цяло. Промяната във видовата структура и биоценотичните процеси в екосистемата се нарича екосистемна сукцесия. По този начин сукцесията е процес на последователна промяна на екосистемите, протичаща във времето с постепенна насочена промяна на условията на околната среда.

Мащабните промени в географското положение или вида на ландшафта под влияние на природни бедствия или човешка дейност водят до определени промени в състоянието на биогеоценозите на района и до постепенното заместване на едни съобщества с други. Такива промени се наричат екологична последователност(от лат . наследство- правоприемство, правоприемство).

Ю. Одум (1986) разбира екологичната последователност като целия процес на развитие на екосистемата. По-конкретно определение на този феномен е дадено от N. F. Reimers (1990): „Наследство- последователно изменение на биоценози, последователно възникващи на една и съща територия (биотоп) под въздействието на природни фактори (включително вътрешни противоречия на самите биоценози) или човешкото въздействие.

Екологичната сукцесия настъпва през определен период от време, през който видовата структура на общността и абиотичната среда на нейното съществуване се променят до кулминацията на нейното развитие - възникване на стабилизирана система. В по-тесен смисъл това е поредица от общности, които се сменят една друга в дадена област.

Ако в първия момент се появят автотрофни организми, се нарича сукцесия автотрофни. Например развитието на гора на изоставено поле. Видовият състав на организмите варира от година на година и в общността се натрупва органична материя.

хетеротрофна последователностхарактеризиращ се с първоначално преобладаване на хетеротрофни организми и възниква, когато околната среда е пренаситена с органична материя. Енергийните резерви тук първоначално са максимални и намаляват с последователност, освен ако, разбира се, не се въведе допълнителна органична материя.

Потокът на енергия, преминаващ през общността, намалява по време на хетеротрофна сукцесия. Приключва след изчерпване на излишъка от органична материя. За разлика от това, при автотрофен тип сукцесия, енергийният поток може дори да се увеличи.

За възникване на последователност е необходимо свободно пространство и в зависимост от първоначалното състояние на субстрата има първичени вториприемственост.

първично правоприемство– това е, ако образуването на общности започва върху първоначално свободен субстрат, а вторичният наследяване– това е последователна замяна на една общност, съществувала на даден субстрат, с друга, по-съвършена за дадени абиотични условия.

първично правоприемствови позволява да проследите формирането на общности от самото начало. Може да възникне на склон след свлачище или срутване, на образувала се плитчина при оттегляне на морето и смяна на течението на реката, върху оголените еолови пясъци на пустинята, да не говорим за антропогенни смущения: прясно изсичане площ, алувиална ивица на морския бряг, изкуствени водоеми.

Типичен пример е заселването на скални разкрития. Първо, върху скалите се появяват лишеи и водорасли, образуват се комплекс от микроскопични водорасли, протозои, нематоди, някои насекоми и акари, което допринася за образуването на първична почва. По-късно се появяват други форми на лишеи, специализирани видове мъхове, след това се заселват съдови растения и фауната се обогатява.

Фигура 4 показва диаграма на развитието на типична земна първична сукцесия.

Фиг.4.

Диаграма на развитието на типична земна първична сукцесия.

Елник е последният кулминационен етап от развитието на екосистемата в климатичните условия на Севера, т.е. вече радикален биоценоза.Отначало тук се развиват брезови гори, гори от елша и трепетлика, под покривите на които растат смърчови дървета. Постепенно те израстват брезата и я изместват, улавяйки пространство (фиг. 5). Семената на двата дървесни вида лесно се пренасят от вятъра, но дори и да покълнат едновременно, брезата расте много по-бързо - на възраст 6-10 години, смърчът едва достига 50-60 см, а брезата - 8- 10 м.

Ориз. 5.

Замяна на брезова гора със смърчова гора (по И. Н. Пономарева, 1978 г.)

Под вече затворените корони на брезовите дървета вече се очертава техен собствен микроклимат, изобилието от листни отпадъци допринася за образуването на специални почви, много животни се заселват, появява се разнообразна тревиста покривка, създават се консорциуми от бреза с околната среда. И смърчът продължава да расте в такава благоприятна среда и накрая брезата не може да се конкурира с нея за пространство и светлина и се заменя от смърч.

Класически пример за естествена последователност е стареенето на езерните екосистеми - еутрофикация.Изразява се в обрасването на езера с растения от бреговете до центъра. Тук има серия етапи на свръхрастеж– от начална – най-отдалечено от брега - към постигнатото на брега. Тези етапи са показани и описани на фиг. 6.

Ориз. 6.

Обрастване на еутрофен резервоар със застояла или бавно течаща вода(Соловьев, 1983)

(пунктирана линия показва по-ниско ниво на водата)

Зони: 0 - свободно плаващи растения 1 – ниски (близо до дъното) потопени растения, 2 – високи потопени растения, 3 - растения с плаващи листа, 4 - високи поникнали растения, 5 - ниски и средно високи поникнали растения, 6 - блато от черна елша.

депозити: 1 - сапропелит, 2- 3 – сапропелит торф, 4 - тръстика и тръстиков торф, 5 – острица торф, 6 – горски торф

В крайна сметка езерото се превръща в торфено блато, което е стабилна екосистема от кулминационен тип. Но дори и той не е вечен - на негово място може постепенно да се появи горска екосистема благодарение на земната сукцесия в съответствие с климатичните условия на района,

Еутрофикацията на резервоар до голяма степен се определя от внасянето на биогенни елементи отвън. При естествени условия биогените се отстраняват от водосборния басейн. Такава еутрофикация има характеристики на първична прогресивна сукцесия.

Вторичната последователност обикновено е резултат от човешка дейност. По-специално, описаната по-горе промяна на растителността по време на образуването на смърчова гора често се случва в резултат на вторична сукцесия, която се случва в сечищата на преди това съществуваща гора (смърчова гора). Вторичната последователност завършва със стабилен общностен етап след 150-250 години, докато първичната сукцесия продължава 1000 години.

Вторичната, антропогенна сукцесия се проявява и в еутрофикация. Бързото „цъфтеж“ на водните обекти, особено на изкуствените резервоари, е резултат от обогатяването им с хранителни вещества, дължащи се на човешката дейност. „Пускателят“ на процеса обикновено е изобилие от фосфор, по-рядко азот, понякога въглерод и силиций. Фосфорът обикновено играе ключова роля.

Биоценозата се възражда почти напълно. Има масови убивания на риба. В особено тежки случаи водата придобива цвета и консистенцията на грахова супа, неприятна гнилостна миризма: животът на аеробните организми е изключен.

Нарича се последователна поредица от общности, които постепенно и редовно се сменят една друга последователни серии.Наблюдава се в природата не само в гори, блата и езера, но и по стволовете на умиращи дървета и в пънове, където настъпва редовна смяна на сапрофити и сапрофаги, в локви и езера и т. н. С други думи, сукцесиите са от различен мащаб и йерархичен, точно като самите екосистеми.

Всеки етап на приемственост е специфична общност с преобладаване на определени видове и форми на живот. Отделните етапи на развитие на приемственост се наричат серийни етапи,и състоянието на крайно равновесие менопауза.

Сукцесиите, причинени от действието на външни фактори, се наричат ​​екзогенетични.Такива сукцесии могат да бъдат причинени например от изменение на климата в една посока (охлаждане или затопляне) и други промени в абиотичните условия. Такива промени могат да настъпят в продължение на векове и хилядолетия и се наричат ​​светско наследство. Ако в резултат на променящите се условия на околната среда някои видове умират, а други се променят под влияние на естествения подбор, този процес се счита за еволюционна последователност.

Ако последователността настъпва поради вътрешни взаимодействия, то се нарича ендогенетичен. Ендогенетичните сукцесии се наблюдават в природата, когато в процеса на своето развитие една общност променя средата, така че да стане по-благоприятна за друга общност. Появяващата се нова общност от своя страна прави средата още по-неблагоприятна за старата общност. Има процес на промяна на екосистемите, преминаващ през няколко етапа, докато се достигне окончателното равновесие на популацията. Наследството завършва с формирането на общност, адаптирана към климатичните условия, способна да се поддържа неограничено, чиито вътрешни компоненти са балансирани помежду си и с околната среда. Общността, която завършва последователността - стабилна, самовъзстановяваща се и в равновесие с околната среда - се нарича кулминационна общност.

Колко бързо се променят екосистемите зависи от степента на промяна в тяхното равновесие. Наследяването е естествен процес на развитие на екосистемата. Последователно промените настъпват бавно и постепенно. На всички етапи от процеса на замяна на едни видове с други, системата е доста балансирана. В процеса на сукцесия се формират все по-сложни биоценози и екосистеми и тяхната продуктивност се увеличава.

При внезапни резки промени, които предизвикват „популационна експлозия” на някои видове за сметка на смъртта на повечето други видове, се говори за екологично нарушение.

Смущенията могат да възникнат от нахлуването на въведени видове или от необмислено човешко въздействие върху природата. В съвременните условия постоянното нарастване на антропогенния натиск върху естествените екосистеми (отводняване на блата, прекомерен натиск върху горите, например в резултат на отдих на населението, пожари, повишена паша, химическо замърсяване на околната среда) често води до относително бърза промяна в тяхната структура. Антропогенните въздействия често водят до опростяване на екосистемите. Такива явления обикновено се наричат ​​отклонения (например паша, развлекателни и други отклонения). Когато смущенията са толкова големи, че практически не се запазва нито един компонент от екосистемата, те говорят за нейната смърт. След смъртта на екосистемата може да започне нова сукцесия в освободената площ.