ALLMÄNNA OCH PROFESSIONELLA MINISTERIET

FORMATIONER AV RYSKA FEDERATIONEN

TOMSK STATE UNIVERSITY OF SYSTEMS

KONTROLLER OCH RADIOELEKTRONIK (TUSUR)

Test nr 1

i ekologi

alternativ nummer 10

Avslutad:

Varför ökar ekosystemens produktivitet i den ekologiska successionsprocessen?

Föränderliga samhällen.

Under successionen förändras samhällets ansikte ständigt. Även ekosystemets funktion förändras. Om du slutar odla åkerfältet när det en gång erövrats från skogen, kommer skogen som tidigare ockuperade detta territorium att återvända hit igen. Emellertid kommer först ett antal samhällen att dyka upp på denna plats, som i stället för varandra kommer att bereda vägen för skogen. Dessa på varandra följande samhällen kan liknas vid de utvecklingsstadier som många organismer går igenom innan de når mognad.

Samhällen förändras över tid. Deras artsammansättning, överflöd av vissa grupper av organismer, trofisk struktur, produktivitet och alla andra indikatorer förändras. Sådana förändringar tar lång tid och av helt andra skäl än säsongsmässiga förändringar i mängden organismer som uppstår när individer fullbordar sina livscykler.

Lågsäsongsprocessen, som är en viss sekvens av utseende och försvinnande av populationer av olika arter i en given livsmiljö, kallas ekologisk succession och är regelbunden. Succession kontrolleras av samhället självt och beror inte på platsen eller arten av dess ingående organismer.

Gemenskapens balans.

Inom ekologi kallas den totala energiförbrukningen samhällets gemensamma andetag. Helst kan varken ackumulering eller förlust av biomassa ske. Därför förblir biomassan hos organismer i ett sådant system konstant, medan själva systemet förblir oförändrat, eller jämvikt: produktionsprocesserna balanseras av andningsprocesserna.

Olika typer av jämvikt i en gemenskap:

Det är typiskt för ett slutet samhälle: inga ytterligare produkter kommer hit, och ens egna förblir helt inne i den.

Det är typiskt för vissa ekosystem av strömmande vatten. Här uppstår organiskt material inte bara som ett resultat av autotrofers funktion, utan också från ett inflöde utifrån.

Det är typiskt för jordbrukets ekosystem, där det sker ett ständigt uttag av en del av produktionen.

Om en allmän andning mindre brutto primärproduktion, kommer ekosystemet att ackumulera organiskt material, om mer - dess försvinnande. Båda kommer att leda till förändringar i samhället. Med ett överskott av en resurs kommer det alltid att finnas arter som kan bemästra den. Med brist på resurser kommer vissa arter att dö ut. Sådana förändringar utgör kärnan i ekologisk succession. Huvuddraget i denna process är att förändringar i samhället alltid sker i riktning mot ett jämviktstillstånd.

Autotrof och heterotrof succession.

Utvecklingen av en skog i ett övergivet fält är ett exempel på succession som sker i ett klart definierat autotrofiskt tillstånd, för autotrofa organismer dyker upp i första ögonblicket. Denna succession kallas autotrofiska. Artsammansättningen av organismer förändras från år till år, och i samhället sker en ansamling av organiskt material. Autotrofisk succession är ett fenomen som är utbrett i naturen, som börjar i en obebodd miljö och kännetecknas av en tidig och långvarig dominans av autotrofa organismer.

Ett exempel på en annan typ av succession är en flod som är förorenad med en stor mängd organiskt avfall. Överskott av organiskt material börjar i detta fall aktivt användas av heterotrofer. Samtidigt konsumeras det snabbare än det skapas, det vill säga det sker en konstant minskning av organiskt material. Det - heterotrofisk följd.

Heterotrofisk succession kännetecknas av den initiala dominansen av heterotrofa organismer och uppstår när miljön är övermättad med organiskt material. Energireserverna här är initialt maximala och minskar i följd, om inte, naturligtvis, ytterligare organiskt material tillförs.

Flödet av energi som passerar genom samhället minskar under heterotrofisk succession. Däremot kan energiflödet till och med öka i en autotrof typ av succession.

1. Vad kallas den trofiska strukturen i samhället?

Svar. Den trofiska strukturen i ett samhälle är en ekologisk indikator på matrelationer i den. Vilket samhälle som helst kan representeras som ett näringsnät, det vill säga ett diagram över all mat, eller trofiska (från grekiska tropho - nutrition), relationer mellan arterna i denna gemenskap. En näringsväv (dess sammanvävning kan vara mycket komplex) består vanligtvis av flera näringskedjor, som var och en är en separat kanal genom vilken både materia och energi överförs. Ett enkelt exempel på en näringskedja ges av följande sekvens: vegetation - växtätande insekt - rovinsektspopulation - insektsätande fågel - rovfågel. I denna kedja genomförs ett enkelriktat flöde av materia och energi från en grupp av organismer till en annan.

2. Vilka miljöfaktorer känner du till?

Svar. Miljöfaktorer är individuella delar av miljön som interagerar med organismer.

Det finns abiotiska, biotiska faktorer och antropogen faktor. Abiotiska faktorer: ljus, temperatur, fuktighet och andra klimatkomponenter, sammansättning av luft, jord och andra, det vill säga. element av livlös natur.

Biotiska faktorer: levande kroppar, eller organismer, alla typer av interaktioner mellan dem (fytogena, zoogena).

Antropogena faktorer: avskogning, dränering av träsk, byggande av en damm, utsläpp av olika kemikalier i atmosfären, etc. (d.v.s. mänsklig aktivitet).

Frågor efter 86 §

1. Vad är succession?

Svar. Samhällen förändras ständigt. Deras artsammansättning, antalet vissa grupper av organismer, trofisk struktur, produktivitet och alla andra indikatorer förändras. Samhällen förändras över tid.

Den naturliga och konsekventa processen att förändra samhällen i ett visst område, orsakad av levande organismers interaktion med varandra och deras abiotiska miljö, kallas succession (av latin successio - arv, generationsskifte, succession).

2. Är jämvikt möjlig i ett samhälle där organismernas "totala andning" inte är lika vad gäller bruttoproduktion?

Svar. För att förstå naturen av ekologisk succession, låt oss föreställa oss ett idealiskt samhälle där brutto, dvs. totala, produktion av autotrofer i energitermer exakt motsvarar de energikostnader som används för att säkerställa den vitala aktiviteten hos dess ingående organismer. Inom ekologi kallas den totala energiförbrukningen för samhällets allmänna andning.

Det är tydligt att i ett sådant idealiskt fall balanseras produktionsprocesserna av andningsprocesserna. Följaktligen förblir biomassan hos organismer i ett sådant system konstant, medan själva systemet förblir oförändrat, eller jämvikt.

Om den "totala andningen" är mindre än bruttoprimärproduktionen, kommer ansamlingen av organiskt material att ske i ekosystemet, om mer - dess minskning. Båda kommer att leda till förändringar i samhället. Med ett överskott av en resurs kommer det alltid att finnas arter som kan bemästra den, med brist på den kommer en del av arterna att dö ut. Sådana förändringar utgör kärnan i ekologisk succession. Huvuddraget i denna process är att förändringar i samhället alltid sker i riktning mot ett jämviktstillstånd.

Varje steg av succession är ett samhälle med en dominans av vissa arter och livsformer. De ersätter varandra tills ett tillstånd av stabil jämvikt uppstår.

3. Vilka typer av arv känner du till?

Svar. Det finns primära och sekundära successioner.

Primära successioner förekommer på substrat som inte påverkas av jordbildning och är förknippade med bildandet av inte bara fytokenos, utan även jord. Ett exempel på primär succession är sättning av fjäll- och bladlavar på stenar. Under inverkan av lavavsöndringar förvandlas det steniga substratet gradvis till ett slags jord, där buskiga lavar, gröna mossor, sedan gräs och andra växter etc. bosätter sig.

Sekundära successioner utvecklas på platsen för etablerade biocenoser efter deras störning, till exempel som ett resultat av erosion, torka, brand, avskogning etc.

4. Vilka är skillnaderna mellan unga och mogna samhällen?

Svar. Successionens varaktighet bestäms till stor del av samhällets struktur. I första hand tar det många hundra år att utveckla ett hållbart samhälle.

Sekundära successioner går mycket snabbare. Detta beror på det faktum att det primära samhället lämnar efter sig en tillräcklig mängd näringsämnen, utvecklad jord, vilket skapar förutsättningar för accelererad tillväxt och utveckling av nya bosättare.

Ett moget samhälle, med sin höga mångfald och överflöd av organismer, utvecklade trofiska struktur och balanserade energiflöden, kan motstå förändringar i fysiska faktorer (t.ex. temperatur, luftfuktighet) och även vissa typer av kemisk förorening i mycket större utsträckning än en ung gemenskap. Det unga samhället är dock kapabelt att producera ny biomassa i mycket större mängder än det gamla.

Således kan en person skörda en rik skörd i form av rena produkter, som på konstgjord väg stöder samhället i de tidiga stadierna av succession. När allt kommer omkring, i ett moget samhälle, som befinner sig i stadiet av hållbarhet och stabilitet, spenderas den färdiga nettoprodukten huvudsakligen på den "allmänna andningen" hos växter och djur och kan till och med vara lika med noll.

Å andra sidan är stabiliteten hos ett moget samhälle, dess förmåga att motstå påverkan av fysiska faktorer (och till och med kontrollera dem) en mycket viktig och mycket önskvärd egenskap.

Har du någonsin observerat successiva förändringar i naturen? Berätta om dina observationer.

Svar. När ett samhälle förstörs av mänsklig aktivitet eller naturkatastrofer som översvämning eller brand, börjar det en långsam process av återställande till sitt ursprungliga tillstånd, känd som succession. Succession är en följd av förändringar som så småningom leder till bildandet av en klimaxgemenskap (förutsatt att inga ytterligare störningar inträffar).

Ett exempel på succession är restaureringen av en höjdpunktslövskog på ett övergivet fält. När åkern inte längre odlas är den snart bevuxen med ettåriga örtartade växter som bildar en brokig matta: svart senap, ambrosia, maskrosor. Dessa "pionjärer", som har kommit till en ny livsmiljö, växer snabbt och producerar frön anpassade att spridas över ett relativt stort område med hjälp av vind eller djur. Snart dyker det upp högre växter som guldstaven och fleråriga gräs här. Eftersom dessa utomjordingar skuggar marken och deras omfattande rotsystem drar ut all fukt ur jorden, blir det svårt för plantor av den art som kommer in i fältet först att växa. Men precis som dessa höga ogräs dränker den solälskande första arten, skuggas och uttorkas de i sin tur av plantor av pionjärträd, såsom fågelkörsbär och asp, som sätter sig långsammare, men efter att ha nått tillräcklig storlek tar de lejonets andel av alla resurser för sig själva. . Succén slutar inte där, eftersom pionjärträden inte är bland de arter som bildar den mogna klimaxskogen; långsamt växande ek- och hickory- eller bok- och lönnarter som är de sista som dyker upp och tränger undan pionjärerna genom att skugga sina unga träd.

Succession i ett övergivet fält är ett exempel på en sekundär succession som fortskrider relativt snabbt eftersom den sker på marken som blivit över från den ursprungliga klimaxskogen. Om jorden är allvarligt utarmad som ett resultat av dess misskötsel eller är helt frånvarande (som på kala stenar exponerade efter isens reträtt, eller på frusna lavaflöden), så går successionen mycket långsammare, eftersom tillväxten av de flesta växter blir möjligt först efter bildandet av jorden.

En succession som börjar på kala klippor kallas en primär succession. Markbildning kan uppstå som ett resultat av erosion av moderbergets yta genom inverkan av syra som utsöndras av lavar, eller genom frysning och upptining av vatten som ansamlas i sprickor, vilket orsakar förstörelse av berget. Döende lavar tillför dessutom organiskt material i den nybildade jorden och mossor kan få fäste även på ett mycket tunt lager av lavrester och mineraldamm. När mossorna successivt bryter ner berget och lägger till sitt eget döda material till den ackumulerande jorden, blir det möjligt för små rotväxter att gro och växa, och påbörjar en process som i stort sett liknar "övergivna fält" succession.

Succession kan observeras även på en stadsgata. Mossor, lavar och ogräs koloniserar sprickorna i trottoarerna; ganska stora växter kan växa i något hörn där nedfallna löv och smuts samlas, och mossor kan växa på tak i behov av reparation. Om du slutar städa och reparera gatorna, kan till och med centrum av en stor stad under en enda generation förvandlas till ett skogsområde översållat med stenar.

Förekomsten av en mängd olika platser som genomgår succession ger en konstant källa till "vandrande" växter - snabbväxande ogräs som plötsligt dyker upp och lika plötsligt försvinner. Frön från dessa arter kan spridas över avsevärda avstånd av vind eller djur. Dessutom kan frön från många "vandrande" växter förbli vilande under långa perioder, att gro efter eventuella miljöstörningar skapar lämpliga förhållanden, till exempel ökar belysningen.

Jämvikt- detta är tillståndet i ekosystemet där sammansättningen och produktiviteten av dess biotiska del (biocenos) vid varje tidpunkt mest motsvarar abiotiska förhållanden - mark och klimat; och denna balans säkerställer den långsiktiga stabila existensen av detta naturliga komplex.

Jämviktstillståndet kännetecknas först av allt av sådana tecken:

A) Konstansen hos artsammansättningen av biocenosen. De där. det finns en välbalanserad uppsättning arter av djur, växter, mikroorganismer. Trofiska förbindelser är stabila, ekologiska nischer är tätt fyllda. miljön som skapas i en sådan biogeocenos är så specifik att den begränsar införandet av nya arter i samhället; och på grund av detta kan ursprungsbefolkningen förbli stabila i ett betydande antal år.

B) Konstantiteten av näringsämnens kretslopp. Allt kol och kväve som tas upp av ekosystemet från atmosfären återförs till det som ett resultat av nedbrytarnas aktivitet. Alla mineralnäringsämnen (P, K, Ca, etc.) efter nedbrytningen av dött organiskt material återförs till jordlösningen för återanvändning av växtrötter. Om en del av det organiska materialet övergår i detritus, så motsvarar hastigheten för dess ackumulering hastigheten för dess nedbrytning av nedbrytare. De där. alla ämnen som assimileras av biota återförs till miljön.

Man kan tänka sig olika typer av jämvikt. Den första är typisk för ett slutet samhälle : ingen ytterligare produktion kommer hit, och samhällets egen produktion förblir helt inom den. Jämvikt betyder här det all bruttoproduktion av autotrofer motsvarar kostnaderna för att säkerställa den vitala aktiviteten hos de organismer som utgör denna biocenos. Låt oss kalla det "vanligt andetag". En sådan gemenskap är som en fabrik där produktionskostnaden är exakt lika med den erhållna vinsten. Produktionsprocessen balanseras av processerna för "allmän andning". Den andra typen av jämvikt är karakteristisk för några ekosystem "rinnande vatten" , där organiskt material uppstår inte bara som ett resultat av autotrofers funktion, utan också som ett resultat av ett inflöde utifrån. Jämvikt betyder här det "total andning" är lika med bruttoproduktionen av samhället självt, kompletterat med intag av organiskt material utifrån. För vissa ekosystem är avlägsnandet av materia bortom deras gränser så stort att deras stabilitet bibehålls huvudsakligen på grund av inflödet av samma mängd materia utifrån; medan den inre cirkulationen är ineffektiv. Dessa är strömmande reservoarer, floder, bäckar, områden på de branta sluttningarna av bergen. I jordbrukets ekosystem (den tredje typen av jämvikt), tvärtom, det sker ett konstant tillbakadragande av en del av produktionen, som redan nämnts. Därför i sådana ekosystem jämvikt uppnås endast när den "totala andningen" tillhandahålls av mängden produktion som måste finnas kvar i systemet efter att människan har tagit bort dess del (skörd). Det princip om omöjligheten att helt dra tillbaka produkter från systemet om det inte finns några ytterligare kompenserande tillförsel av resurser utifrån.

Med allt detta måste det sägas att i verkligheten inte ett enda, inte ens det största ekosystemet på jorden, har en helt sluten cirkulation av ämnen. De ekosystem som har en mer eller mindre fullständig cirkulation av ämnen är fortfarande bara relativt autonoma i själva verket (skogar, ängar, sjöar, etc.). Kontinenter utbyter materia med havet, litosfären (med atmosfärens deltagande i dessa processer); och hela vår planet tar emot en del av materia och energi från rymden och ger en del till rymden.

Om "total andning" är mindre än brutto primärproduktion kommer organiskt material att ansamlas i ekosystemet. Om mer - dess försvinnande. Båda kommer att leda till en förändring i samhället. Med ett överskott av en resurs kommer det alltid att finnas arter som kan bemästra den. Med brist på resurser kommer vissa arter att dö ut. De där. ekosystemet kommer att återgå till ett tillstånd av jämvikt igen, men det kommer att bli annorlunda - nytt. På det här sättet, Huvuddraget i ekologisk balans är dess rörlighet. Sådana förändringar utgör kärnan i den sk ekologisk succession - successiv förändring av ett samhälle av ett annat. Huvuddraget i denna process är att samhället förändras alltid hända mot jämvikt .

C) Fullständig förlust av energi som kommer in i ekosystemet. All energi som absorberas av ekosystemet, efter att ha passerat genom de trofiska kedjorna, försvinner i form av värme och "bränns" av organismer under liv och arbete. Ekosystemet upprätthåller balans på grund av att det hela tiden får ny solenergi eller kemisk energi.

Den ekologiska balansen i ekosystemen upprätthålls av komplexa mekanismer för relationer mellan levande organismer och miljöförhållanden; mellan individer av samma art och individer av olika arter med varandra, vilket vi redan har diskuterat. Relationer mellan organismer på samma trofisk nivå kallas horisontella.(konkurrens) , och mellan organismer av olika trofiska nivåer - vertikalt(predation, symbios).

Förutom tillståndets jämvikt kännetecknas alla ekosystem också av en viss grad av stabilitet, stabilitet och uthållighet. Hållbarhet Ekosystem är förmågan att motstå alla yttre och inre störningar, inklusive antropogena, och varje gång återgå till sitt ursprungliga jämviktstillstånd. De där. förmågan att återhämta sig varje gång. Stabilitet Ekosystem - förmågan att förbli oförändrade, behålla sin struktur och funktionella egenskaper på obestämd tid, tack vare deras interna regleringsmekanismer. Om ett instabilt ekosystem kan avvika i en eller annan riktning i sin utveckling även utan några speciella störningar utifrån, så förblir alltid ett stabilt oförändrat. Uthållighet - förmågan att uthärda långsiktiga yttre och inre störningar och anpassa sig till dem, upprätthålla en dynamisk (mobil) balans. De där. förmåga att anpassa sig till ogynnsamma förhållanden.

Historien känner till många fall när en persons närsynthet orsakade det allvarligaste ekosystemstörning. Vad skäl detta kan orsakas av:

a)utrotning från ett rovdjurs ekosystem(samtidigt lider befolkningen av offer och resurserna de äter - allt gräs äts av klövvilt);

b)inkludering i ekosystemet av en art för vilken det inte finns någon nedbrytare- som en följd av ackumuleringen av oupplöst detritus (i Australien, kor och dyngbaggar);

i)inkludering i ekosystemet av växtarter som inte har fytofager här- som ett resultat - överdriven reproduktion och undertryckande av inhemska arter (i Australien, punt och nattfjäril);

G)liknande konsekvenser har motsatt effekt - förstörelsen av fytofagen i ekosystemet;

och)förändring i klimat, jordmån, hydrologiska förhållanden inkluderar en förändring av ekosystemets flora och fauna.

Jämvikt (stabilitet) och mångfald hänger samman av mycket komplexa ömsesidiga beroenden. En stor variation ger inte alltid biocenosen korrekt stabilitet och stabilitet. När allt kommer omkring är för stora och komplexa system med många högt specialiserade och noggrant skräddarsydda element ofta lätta att förstöra.

EKOSYSTEMENS DYNAMIK

Det finns inga frusna, statiska processer i den levande naturen. Naturligtvis sker ständigt vissa förändringar i ekosystemen. De bringar ekosystemet tillbaka till balans gång på gång. Som vi redan har sagt är huvuddraget i ekologisk balans dess rörlighet - dynamik. I sin kärna, dessa Ekosystemförändringar kan hänföras till två huvudsakliga typer: a) reversibel cyklisk (periodisk) och b) irreversibel translationell.

MEN) Cykliska processer hänger ihop med frekvensen av yttre förhållanden. dygnsrytmer Förändringar i temperatur, luftfuktighet och belysning orsakar också en motsvarande förändring i aktiviteten hos olika organismer som bor i ekosystemet. Säsongsförändringar i ekosystem förekommer under året från vår till vår och påverkar redan de kvantitativa indikatorer som kännetecknar biocenosens tillstånd. Detta är särskilt uttalat i klimatzoner med kontrasterande förhållanden vinter och sommar. Förhållandet mellan olika arter av organismer vid olika tidpunkter på året kan variera avsevärt beroende på häckningscykler, säsongsbetonade flyttningar och flyttningar. Dessutom kan ett antal arter helt falla ur samhällets liv, falla i stupor eller viloläge. I växter, beroende på årstid, kan vissa nivåer vara helt frånvarande (örter är ettåriga på vintern). Långsiktig periodisk variation beror främst på förändringar i klimatparametrar under åren.

B) Utöver de noterade cykliska förändringarna i ekosystem, riktade progressiva processer leder till oåterkalleliga förändringar, oåterkalleliga konsekvenser. Som ett resultat av detta kan en biocenos uppträda som är kvalitativt annorlunda än den föregående. Ibland i naturen sker förändringen av biocenoser plötsligt, som ett resultat av plötsliga och till och med katastrofala händelser i miljön.(brand, spill av en stor mängd olja, avskogning, översvämning eller sänkning av grundvattennivån, passage av maskinhjul i tundran). Detta kan ske antingen under inverkan av naturkrafter, eller som ett resultat av mänsklig aktivitet. Samtidigt är faktorn som orsakar förändringen inte på något sätt kopplad till ekosystemets tidigare utveckling och sätter en annan riktning för dess utveckling, vilket kan leda till störningar av biokenotiska förhållanden, ekologisk balans och till och med till döden av biocenosen. Men med upphörandet av faktorn i detta territorium kan en ny utvecklingslinje för det levande skyddet börja, som med tiden, steg för steg, kommer att leda till uppkomsten av en ny gemenskap här, möjligen liknande den inhemska, förstörda. . Men oftare i naturen sker förändringen av en biocenos av en annan gradvis, som om stegvis, sekventiellt, parallellt med förändringar i miljöförhållanden.- med en ökning (eller minskning) av markfuktighet eller rikedom, med klimatförändringar, etc. I detta fall förändras sammansättningen av levande organismer, typen av cirkulation av ämnen och nivån på ekosystemets produktivitet. Gradvis minskar vissa arters roll, medan andra ökar, olika arter faller ut ur ekosystemet eller, omvänt, fyller på det. Detta fenomen med gradvis gradvis ersättning av en biogeocenos med en annan kallas arvskiften. Sådana samhällsförändringar leder som regel från ett mindre stabilt tillstånd till ett mer stabilt. De där. varje biogeocenos tenderar i sin naturliga utveckling att balansera, som redan nämnts.

Många ekosystem existerar i tiotals och till och med hundratals år.

Ekosystemens hållbarhet är deras förmåga att motstå fluktuationer i yttre faktorer och bibehålla deras struktur och funktionella egenskaper. För att upprätthålla en sådan stabilitet hos ekosystemen krävs en balans i flöden av materia och energi, utbytesprocesserna mellan organismer och deras miljö. Ett hållbart ekosystem måste ta emot ämnen från miljön i erforderlig mängd och göra sig av med avfall. Beroende på metoden för att upprätthålla hållbarhet delas ekosystemen in i öppna och slutna.

Öppna ekosystem tar kontinuerligt emot energi och materia från miljön. I sådana ekosystem pågår ständigt processerna för ackumulering och nedbrytning av materia. Denna typ inkluderar naturliga ekosystem, balansen i dem upprätthålls spontant.

I slutna ekosystem sker inget konstant utbyte av materia och energi med miljön. Systemet kan inte bli av med onödiga produkter. Jämvikt i detta fall kan upprätthållas på konstgjord väg. Utan ingripande utifrån är slutna system instabila och förlorar snabbt stabilitet.

Ekologisk balans är den relativa konstantheten av artsammansättningen av levande organismer, deras överflöd, produktivitet, fördelning i rymden, såväl som säsongsmässiga förändringar, den biologiska cykeln av ämnen och andra biologiska processer i ekosystemet, vilket leder till den långsiktiga existensen av detta ekosystem. Naturligtvis är inget ekosystem absolut stabilt, orörligt: ​​antalet av vissa arter ökar med jämna mellanrum, medan antalet andra minskar. Sådana processer inträffar med jämna mellanrum och bringar i allmänhet inte systemet ur balans. Därför är huvuddraget i ekologisk balans dess rörlighet. Det finns två typer av balansrörlighet:

Reversibla förändringar i ekosystemet är förändringar som sker från vår till vår i ekosystemet samtidigt som artsammansättningen bibehålls;

Ekologisk succession (lat. successio - kontinuitet, arv) är en successiv förändring av ekosystem som uppstår i samma territorium eller vattenområde (biotop) under påverkan av naturliga eller antropogena faktorer. Beroende på det initiala tillståndet för substratet på vilket successionen utvecklas, finns det primära och sekundära successioner.

Primär succession är processen för utveckling av ekosystem i tidigare obebodda områden, som börjar med deras kolonisering. Till exempel bosättningen av öar som uppstått till följd av vulkanisk aktivitet. Eller igenväxt av en kal sten, först med lavar, sedan med mossor, gräs och andra växter. I processen med primär succession bildas inte bara fytocenoser (grekisk phyton - växt, koinos - vanlig), d.v.s. växtbiocenoser, men också marken.

Sekundär succession är återställandet av ekosystem som en gång fanns i denna biotop. På sådana platser finns oftast rika livsresurser bevarade. Därför leder sekundära successioner till bildandet av biocenoser mycket snabbare än primära.

Det finns autotrofa och heterotrofa följder.

Autotrofisk succession sker under påverkan av solenergi, medan autotrofa organismer dominerar i samhället. Under loppet av autotrofisk succession blir samhället mer komplext och ekosystemens stabilitet ökar.

Ett exempel på autotrofisk succession är ett ekosystem som börjar återhämta sig i en skogsbrand (Fig. 5). Efter 1-2 år är platsen för elden övervuxen med gräs, efter några år dyker de första buskarna upp, efter 20-25 år är territoriet täckt av skog: först växer lövträd och sedan skuggaälskande barrträd.

Fig. 5. Autotrofisk följd i en skogsbrand

Heterotrofisk succession är typisk för de fall då det finns ett överskott av organiskt material i ekosystemet (förorenade vattendrag, ruttnande växtrester etc.) I detta fall dominerar heterotrofa organismer i samhället, så energitillförseln ökar inte, men minskar. Resultatet av heterotrofisk succession är antingen alla organismers död eller en betydande förenkling av samhället.

Ett exempel på heterotrofisk succession är "åldringen" av vattendrag. Det finns två huvudstadier av succession - utvecklande och mogna. Dessa stadier kännetecknas av olika egenskaper och varierande grad av stabilitet.

Mogna system har en större förmåga att lagra ämnen i bytesfonden. Cyklar i dem är för det mesta stängda. Att öka stabiliteten i ekosystemen under succession leder till att varje efterföljande etapp varar längre än det föregående.

Mogna system är de mest stabila över tid. Men de kan också förstöras under naturkatastrofer och katastrofer orsakade av människor. Om vi ​​betraktar långa tidsperioder visar det sig att varje succession är en cyklisk process. Cyklerna kanske inte upprepar varandra helt, tar olika tidsperioder, men cykliciteten kvarstår.

Beroende på orsakerna som orsakade förändringen av ekosystemen delas successioner in i autogena och allogena.

Autogena successioner (självgenererade) uppstår på grund av interna orsaker (miljöförändringar under påverkan av samhället), allogena (genererade utifrån) orsakas av yttre orsaker (till exempel klimatförändringar).

I de sista stadierna av successionen bildas vanligtvis stabila samhällen, som kallas klimax.

Klimaxgemenskapen, climax (grekiska klimax - trappor) kännetecknas av den högsta produktiviteten och den största mångfalden.

Förmågan hos en befolkning eller ett ekosystem att upprätthålla en mobil-stabil balans under föränderliga miljöförhållanden kallas ekosystemhomeostas.

Mekanismen för att upprätthålla homeostas är baserad på två principer:

Principen för cyklicitet är den upprepade användningen av näringsämnen i ekosystemet. Detta gör reserverna av mineraler i ekosystemet praktiskt taget outtömliga.

Principen för "feedback" är att ett ekosystems avvikelse från ett jämviktstillstånd sätter igång krafter som återställer det till ett jämviktstillstånd.

BIOSFÄR

4.1. BIOSFÄR - JORDENS LEVANDE SKAL

Biosfären, enligt definitionen av V.I. Vernadsky "livszon", täcker den nedre delen av atmosfären (troposfären), hela hydrosfären och den övre delen av litosfären (jord). Biosfären är med andra ord en global biotop som bebos av alla levande organismer, inklusive människor.

Biosfären är en uppsättning delar av geosfärerna (lito-, hydro- och atmosfär), som är bebodd av levande organismer, är under deras inflytande och är upptagen av produkterna av deras vitala aktivitet. Det bildar inte ett tätt lager med tydliga gränser, men "impregnerar" så att säga andra geosfärer på planeten. Biosfärens övre gräns sträcker sig från jordens yta till ozonskiktet, vars maximala densitet är på en höjd av 20-25 km. Över denna gräns kan organismer inte leva: de är skadliga för solens ultravioletta strålning och mycket låga temperaturer (-56 ° C).

Nästan hela hydrosfären, inklusive den djupaste depressionen (Marianskaya) i världshavet (11022 m), är upptagen av liv.

Biosfärens nedre gräns går längs havsbotten i hydrosfären och på ett djup av 3,0-3,5 km i jordskorpan i den kontinentala zonen, där temperaturen under ytan når 100 °C och däröver. Denna temperatur är också skadlig för allt levande.

Landet är tätast befolkat av organismer, havets ytvatten och dess botten på ett grunt djup (upp till 250 m), där solens strålar tränger in. Här finns särskilt gynnsamma förutsättningar för livet.

Den genomsnittliga tjockleken på biosfären är lite över 20 km. Jämfört med jordklotets diameter (13 000 km) är biosfären en tunn film. Ändå lever fästingsamhällen i bergsglaciärer på höjder upp till 6 km, från fåglar kan kondoren stiga till en höjd av 7 km; i havets djup (upp till 11 km) finns det samhällen av djur och mikroorganismer, i det underjordiska oljevattnet på landet på djup på upp till 15 km, kan samhällen av bakterier (kemoautotrofer) hittas.

Biosfärens massa uppskattas till cirka 1,5·10 21 kg.

Biosfären har ett system av egenskaper som säkerställer dess funktion, självreglering, stabilitet och andra parametrar. De huvudsakliga egenskaperna är följande.

1. Biosfären är ett centraliserat system. Levande organismer (levande materia) fungerar som dess centrala länk.

2. Biosfären är ett öppet system. För att upprätthålla liv på jorden är det nödvändigt att ta emot energi utifrån, och en del av denna energi reflekteras och går ut i rymden.

3. Biosfären är ett självreglerande system , som, som påpekats av V. I. Vernadsky, kännetecknas av organisation. Denna egenskap kallas nu homeostas.

4. Biosfären är ett system som kännetecknas av stor mångfald. Biosfären, som ett globalt ekosystem, kännetecknas av den maximala mångfalden bland andra system. För alla naturliga system är mångfald en av dess viktigaste egenskaper. Förknippat med det är möjligheten till dubbelarbete, skyddsnät, ersättning av vissa länkar med andra, graden av komplexitet och styrka hos mat och andra länkar. Därför betraktas mångfald som huvudförutsättningen för hållbarheten för alla ekosystem och biosfären som helhet.

5. Närvaron i biosfären av mekanismer som säkerställer cirkulationen av ämnen och den tillhörande outtömligheten av enskilda kemiska element och deras föreningar.

Biosfären är ett komplext naturligt system. Det inkluderar:

Levande materia - en uppsättning kroppar av levande organismer som lever på planeten jorden;

Ett biogent ämne är ett ämne som skapas och bearbetas av levande organismer (kol, kalksten, bitumen);

Inert materia är ett ämne i vars bildning liv inte deltar (stenar, gaser);

Bioinert materia är ett ämne som skapas samtidigt av levande organismer och inerta processer (naturligt vatten, jord, salt havsvatten, vittringsskorpan, troposfären);

Radioaktiva grundämnen har en komplex isotopsammansättning, som kommer från djupet, spridda och spridda, skapar och förändrar biosfärens energi;

spridda atomer;

Ett ämne av kosmiskt ursprung (meteoriter, kosmiskt damm).

Levande organismer har avsevärt förändrat utseendet på vår planet, omvandlat jordskorpan, hydrosfären och lägre atmosfären. Och nu är de involverade i förstörelsen av stenar, i bildandet av jord, mineraler, som torv, reglerar innehållet av syre och koldioxid i atmosfären.

Även i de tidiga stadierna av evolutionen spred sig levande materia genom planetens livlösa utrymmen, och upptar alla platser som potentiellt är tillgängliga för liv, förändrar dem och förvandlar dem till livsmiljöer. V. I. Vernadsky kallade denna förmåga att sprida levande materia för "livets allestädes närvarande".

V. I. Vernadsky ansåg att levande materia var den mest kraftfulla geokemiska och energifaktorn, den ledande kraften i planetarisk utveckling. Toppen av evolutionen av levande materia på jorden var en person som förvärvade inte bara medvetenhet (en perfekt form av reflektion av omvärlden), utan också förmågan att tillverka och använda verktyg i sitt liv. Med hjälp av verktyg började mänskligheten skapa en konstgjord miljö, dess livsmiljö, och biosfärens utveckling gick in i en ny fas - noosfärens fas. Noosphere (grekiska: noos - sinne, sphaira - boll) - sinnesfären, biosfärens högsta utvecklingsstadium, när rimlig mänsklig aktivitet blir den främsta avgörande faktorn i dess globala utveckling. Termen "noosphere" introducerades först 1927 av den franske filosofen E. Leroy för att beteckna jordens skal, som inkluderar det mänskliga samhället med dess industri, språk och andra typer av intelligent verksamhet. V. I. Vernadsky skrev: "Noosfären är ett nytt geologiskt fenomen på vår planet. I den blir människan för första gången den största geologiska kraften. Han kan och måste bygga upp sitt livs område med sitt arbete och tankar, bygga om på ett radikalt sätt i jämförelse med vad som var tidigare.

Naturliga ekologiska system (biogeocenoser) existerar under lång tid - tiotals och hundratals år, och behåller sin struktur och funktionella egenskaper. de där. har en viss stabilitet. För att upprätthålla stabiliteten i ett ekosystem är det nödvändigt att balansera flöden av materia och energi, metabolismens processer mellan organismer och miljön.

Ekosystemets tillstånd, där sammansättningen och produktiviteten av den biotiska komponenten vid varje särskilt ögonblick motsvarar abiotiska förhållanden, karakteriseras som ekologisk balans.

Låt oss föreställa oss ett samhälle där bruttoproduktionen (det vill säga den totala) produktionen av autotrofer i energitermer exakt motsvarar de energikostnader som används för att säkerställa den vitala aktiviteten hos dess ingående organismer. Den totala energiförbrukningen kallas samhällets allmänna andning.

Det är tydligt att varken ansamling av biomassa eller förlust av biomassa kan ske i detta ideala fall. Därför förblir biomassan hos organismer i ett sådant system konstant, medan själva systemet förblir oförändrat, eller jämvikt (produktionsprocesser balanseras av andningsprocesser).

Man kan föreställa sig olika typer av jämvikt.

Den första av dem är kännetecknande för en sluten gemenskap: ingen ytterligare produktion kommer hit, och samhällets egen produktion förblir helt inom den.

Den andra typen av jämvikt kännetecknande för vissa ekosystem av strömmande vatten, vars organiska material uppstår inte bara som ett resultat av autotrofers funktion, utan också inflöde utifrån. Jämvikt innebär här att "total andning" är lika med bruttoproduktionen av samhället självt, kompletterat med inflödet av organiskt material utifrån.

Den tredje typen av jämvikt(i jordbrukets ekosystem) innebär tvärtom ett ständigt uttag av en del av produktionen. Därför, i sådana ekosystem, uppnås jämvikt endast när den "totala andningen" är lika med mängden produktion som finns kvar i systemet efter att en del av det tagits bort.

Om den "totala andningen" är mindre än bruttoprimärproduktionen, kommer ansamlingen av organiskt material att ske i ekosystemet, om mer - dess försvinnande. Båda kommer att leda till förändringar i samhället. Med ett överskott av en resurs kommer det alltid att finnas arter som kan bemästra den. Med brist på resurser kommer vissa arter att dö ut. Huvuddraget i denna process är att förändringar i samhället alltid sker i riktning mot jämviktstillståndet.

Stabilitet ekosystem under lång tid innebär den relativa oföränderligheten hos populationerna av dess art. Det kan bara vara långsiktigt om de förändringar i miljön som orsakas av vissa organismer exakt kompenseras av andras aktiviteter, med motsatta ekologiska krav. Detta tillstånd bryts när kretsloppet av ämnen störs, och sedan ersätts vissa av de populationer som inte tål konkurrens med andra för vilka dessa förhållanden är gynnsamma och homeostasen återställs.

Positionen för en artpopulation i ett ekosystem bestäms å ena sidan av en uppsättning krav på abiotiska förhållanden, och å andra sidan av ett komplex av relationer med populationer av andra arter och formen av deltagande i biocenosens allmänna funktioner. Organismens plats i naturen och hela dess livsaktivitet (den så kallade livsstatusen), inklusive attityden till miljöfaktorer, typer av mat, tid och näringsmetoder, platser för reproduktion och skydd, etc. definierad som ekologisk nisch. Långvarig samexistens som en del av ett enda multi-artssamhälle har lett till den evolutionära bildandet av ett sådant system av relationer i ekosystem, där varje art rumsligt och funktionellt intar en viss position i biocenosens sammansättning, d.v.s. upptar sin ekologiska nisch.

Uppsättningen av arter, sammansättningen och komplexiteten hos näringsnäten och de mest stabila formerna av interaktion mellan populationer i ett ekosystem återspeglar anpassningsförmåga till miljöns egenskaper och syftar till att upprätthålla kretsloppet under dessa förhållanden.

En viktig egenskap hos ekosystem är deras hållbarhet, vilket förstås som förmågan hos ett ekosystem att återgå till sitt ursprungliga (eller nära det) tillstånd efter påverkan av faktorer som bringar det ur balans. Den största stabiliteten, på grund av de skäl som diskuterats ovan, kännetecknas av ekologiska system med många relativt små arter.

§4 Ekosystemens dynamik (successioner)

Huvuddraget i den ekologiska balansen i ett ekosystem är dess rörlighet. Varje ekosystem som anpassar sig till förändringar i den yttre miljön befinner sig i ett tillstånd av dynamik. Skilja mellan cyklisk och riktningsdynamik. Ett exempel på cyklisk dynamik är en säsongsmässig förändring i aktiviteten hos organismers vitala aktivitet, eller en periodisk förändring av antalet enskilda arter i en långtidsserie. Riktningsdynamik är den progressiva utvecklingen av ekosystem. Denna typ av dynamik kännetecknas av antingen introduktionen av nya arter i ekosystemen, eller att vissa arter ersätts med andra, vilket i slutändan leder till en förändring av biocenoser och ekosystem som helhet. En förändring av artstrukturen och biokenotiska processer i ett ekosystem kallas ekosystemsuccession. Således är succession en process av successiv förändring av ekosystem som sker i tid med en gradvis riktad förändring av miljöförhållandena.

Storskaliga förändringar i den geografiska situationen eller landskapstypen under påverkan av naturkatastrofer eller mänskliga aktiviteter leder till vissa förändringar i tillståndet för biogeocenoser i området och till att vissa samhällen gradvis ersätts med andra. Sådana förändringar kallas ekologisk succession(från lat . successio- succession, succession).

Y. Odum (1986) förstår ekologisk succession som hela processen för ekosystemutveckling. En mer specifik definition ges till detta fenomen av N. F. Reimers (1990): "Följd- en successiv förändring av biocenoser, som successivt uppstår inom samma territorium (biotop) under påverkan av naturliga faktorer (inklusive interna motsättningar av biocenoserna själva) eller mänsklig påverkan.

Ekologisk succession inträffar under en viss tidsperiod, under vilken artstrukturen i samhället och den abiotiska miljön för dess existens förändras fram till kulmen på dess utveckling - uppkomsten av ett stabiliserat system. I en snävare mening är det en följd av samhällen som avlöser varandra inom ett givet område.

Om autotrofa organismer dyker upp i första ögonblicket kallas succession autotrofiska. Till exempel utvecklingen av en skog på en övergiven åker. Artsammansättningen av organismer varierar från år till år och organiskt material ansamlas i samhället.

heterotrofisk succession kännetecknas av en initial övervikt av heterotrofa organismer och uppstår när miljön är övermättad med organiskt material. Energireserverna här är initialt maximala och minskar i följd, om inte, naturligtvis, ytterligare organiskt material tillförs.

Flödet av energi som passerar genom samhället minskar under heterotrofisk succession. Det slutar efter att överskottet av organiskt material är uttömt. Däremot kan energiflödet till och med öka i en autotrof typ av succession.

För förekomsten av succession behövs ledigt utrymme, och beroende på substratets initiala tillstånd finns det primär och sekundär arvskiften.

primär succession– detta är om bildandet av gemenskaper börjar på ett initialt fritt substrat, och det sekundära su-cession– detta är en successiv ersättning av ett samhälle som existerade på ett givet substrat med ett annat, mer perfekt för givna abiotiska förhållanden.

primär succession låter dig spåra bildandet av gemenskaper från första början. Det kan uppstå på en sluttning efter ett jordskred eller kollaps, på ett bildat stim under havets reträtt och en förändring i flodens lopp, på öknens exponerade eoliska sand, för att inte tala om antropogena störningar: en ny stickling område, en alluvial remsa av havskusten, konstgjorda reservoarer.

Ett typiskt exempel är sättning av berghällar. Först uppträder lavar och alger på klipporna, ett komplex av mikroskopiska alger, protozoer, nematoder, vissa insekter och kvalster, vilket bidrar till bildandet av primärjord. Senare dyker andra former av lavar upp, specialiserade arter av mossor, sedan sätter sig kärlväxter och faunan berikas.

Figur 4 visar ett diagram över utvecklingen av en typisk markbunden primär succession.

Fig.4.

Diagram över utvecklingen av en typisk jordbunden primär succession.

Elnik är det sista klimaxstadiet i ekosystemutvecklingen i de klimatiska förhållandena i norr, d.v.s. redan en radikal biocenos. Till en början utvecklas här björkskogar, alskogar och aspskogar, under vilka granar växer. Gradvis växer de ur björken och förskjuter den och tar plats (fig. 5). Frön från båda trädslagen bärs lätt av vinden, men även om de gror samtidigt växer björk mycket snabbare - vid 6-10 års ålder når granen knappt 50-60 cm och björk - 8- 10 m.

Ris. 5.

Ersättning av björkskog med granskog (enligt I. N. Ponomareva, 1978)

Under de redan stängda kronorna av björkträd uppstår redan deras eget mikroklimat, överflöd av lövskräp bidrar till bildandet av speciella jordar, många djur bosätter sig, ett mångsidigt örtartat täcke uppstår, konsortier av björk med miljön skapas. Och gran fortsätter att växa i en så gynnsam miljö, och slutligen kan björk inte konkurrera med den om utrymme och ljus och ersätts av gran.

Ett klassiskt exempel på naturlig succession är åldrandet av sjöars ekosystem - övergödning. Det tar sig uttryck i överväxten av sjöar med växter från stränderna till centrum. Här finns en serie överväxtstadier– från initial – längst från kusten - till det uppnådda vid kusten. Dessa steg visas och beskrivs i fig. 6.

Ris. 6.

Överväxt av en eutrofisk reservoar med stillastående eller långsamt rinnande vatten(Soloviev, 1983)

(streckad linje visar lägre vattennivå)

Zoner: 0 - fritt flytande växter 1 – låga (nära botten) nedsänkta växter, 2 – höga undervattensväxter, 3 - växter med flytande löv, 4 - höga växter, 5 - låga och medelhöga växter, 6 - svart al träsk.

Insättningar: 1 - sapropelit, 2- 3 – sapropelittorv, 4 - vass och rörtorv, 5 – sev torv, 6 – skogstorv

I slutändan förvandlas sjön till en torvmosse, som är ett stabilt ekosystem av klimaxtyp. Men det är inte heller evigt - i dess ställe kan ett skogsekosystem gradvis uppstå redan tack vare landbaserad succession i enlighet med områdets klimatförhållanden,

Eutrofiering av en reservoar bestäms till stor del av tillförseln av biogena element utifrån. Under naturliga förhållanden tas biogener bort från avrinningsområdet. Sådan övergödning har drag av primär progressiv succession.

Sekundär succession är vanligtvis resultatet av mänsklig aktivitet. Särskilt den ovan beskrivna vegetationsförändringen vid granskogsbildning sker ofta till följd av sekundär succession som sker i hyggen av en tidigare existerande skog (granskog). Sekundär succession avslutas med ett stabilt samhällsstadium efter 150-250 år, medan primär succession varar 1000 år.

Sekundär, antropogen succession manifesteras också i övergödning. Den snabba "blomningen" av vattendrag, särskilt konstgjorda reservoarer, är resultatet av deras berikning med näringsämnen, på grund av mänsklig aktivitet. Processens "trigger" är vanligtvis en riklig tillgång på fosfor, mer sällan kväve, ibland kol och kisel. Fosfor spelar vanligtvis en nyckelroll.

Biocenosen är nästan helt återfödd. Det finns enorma fiskdödar. I särskilt allvarliga fall förvärvar vattnet färgen och konsistensen av ärtsoppa, en obehaglig putrefaktiv lukt: aeroba organismers liv är uteslutet.

En successiv serie gemenskaper som gradvis och regelbundet avlöser varandra i följd kallas successionsserie. Den observeras i naturen inte bara i skogar, träsk och sjöar, utan också på stammar av döende träd och i stubbar, där ett regelbundet byte av saprofyter och saprofager sker, i pölar och dammar etc. Med andra ord är successioner av olika skala och hierarkisk, precis som ekosystemen själva.

Varje steg av succession är ett specifikt samhälle med en dominans av vissa arter och livsformer. De individuella stadierna av successionsutveckling kallas seriesteg, och tillståndet för slutlig jämvikt klimakteriet.

Successioner orsakade av inverkan av externa faktorer kallas exogenetiska, sådana successioner kan till exempel orsakas av klimatförändringar i en riktning (kylning eller uppvärmning) och andra förändringar i abiotiska förhållanden. Sådana förändringar kan inträffa under århundraden och årtusenden och kallas sekulära successioner. Om, som ett resultat av förändrade miljöförhållanden, vissa arter dör ut, medan andra förändras under påverkan av naturligt urval, betraktas denna process som evolutionär succession.

Om succession uppstår på grund av interna interaktioner kallas det endogen. Endogenetiska successioner observeras i naturen när ett samhälle under sin utveckling förändrar miljön så att det blir mer gynnsamt för ett annat samhälle. Det framväxande nya samhället gör i sin tur miljön ännu mer ogynnsam för det gamla samhället. Det pågår en process för att förändra ekosystemen, som går igenom flera stadier, tills den slutliga befolkningsjämvikten uppnås. Succession slutar med bildandet av ett samhälle anpassat till klimatförhållanden, som kan upprätthålla sig själv på obestämd tid, vars inre komponenter är balanserade med varandra och med miljön. Gemenskapen som fullbordar successionen - stabil, självregenererande och i jämvikt med omgivningen - kallas klimax gemenskap.

Hur snabbt ekosystemen förändras beror på graden av förskjutning i deras jämvikt. Succession är en naturlig process för ekosystemutveckling. I följd sker förändringar långsamt och gradvis. I alla stadier av processen att ersätta vissa arter med andra är systemet ganska balanserat. I successionsprocessen bildas fler och fler komplexa biocenoser och ekosystem, och deras produktivitet ökar.

Vid plötsliga plötsliga förändringar som orsakar en "populationsexplosion" av vissa arter på bekostnad av de flesta andra arters död talar man om en ekologisk störning.

Störningar kan uppstå vid invasion av införda arter eller av ogenomtänkt mänsklig påverkan på naturen. Under moderna förhållanden leder den konstanta ökningen av antropogent tryck på naturliga ekosystem (dränering av träsk, överdrivet tryck på skog, till exempel som ett resultat av rekreation av befolkningen, bränder, ökat bete, kemisk förorening av miljön) ofta till en relativt snabb förändring av deras struktur. Antropogena effekter leder ofta till att ekosystemen förenklas. Sådana fenomen brukar kallas utvikningar (till exempel bete, rekreation och andra utvikningar). När störningarna är så stora att praktiskt taget inte en enda komponent i ekosystemet finns bevarad talar de om dess död. Efter ekosystemets död kan en ny succession börja i det lediga området.