Причина смены экосистем могут быть

26. Причины устойчивости и смены экосистем

Вспомните!

Какими взаимоотношениями связаны все организмы, входящие в состав одной экосистемы?

Какая энергия поддерживает постоянный круговорот веществ в экосистеме?

Причины устойчивости экосистем. Каждая экосистема – это динамическая структура, состоящая из сотен и даже тысяч видов продуцентов, консументов и редуцентов, связанных друг с другом сложной сетью пищевых и непищевых взаимоотношений. Устойчивость экосистемы зависит от её видового многообразия и сложности цепей питания. Чем сложнее и разветвлённее цепи, тем стабильнее существование экосистемы. Экологические возможности разных видов так дополняют и компенсируют друг друга, что в случае незначительных изменений условий окружающей среды сложная система сохраняет свою целостность.

Каждый вид в составе экосистемы представлен популяцией, поэтому стабильное существование экосистемы определяется стабильным существованием входящих в неё популяций. Изменение внешних условий воздействует на некоторые виды неблагоприятно, их численность уменьшается, и они могут вовсе исчезнуть из экосистемы. Такое направленное увеличение или уменьшение численности особей какой-либо популяции может привести к изменению экосистемы в целом. Например, при резком увеличении численности копытных в степной зоне может произойти полное уничтожение растительности. Нарушение травяного покрова вызовет ветровую эрозию почвы, и верхний плодородный слой может быть полностью уничтожен. Количество копытных в отсутствие основного корма снизится, но это не приведёт к автоматическому восстановлению растительности в экосистеме.

Абсолютно неизменной и статичной может быть только неживая система. Даже в самых стабильных экосистемах в зависимости от сезона, времени суток, погодных влияний происходят определённые изменения. Если эти изменения отражают некие циклические процессы во внешней среде, они не приводят к направленному преобразованию экосистемы. Все показатели такой экосистемы колеблются около некой средней величины, т. е. поддерживается динамическое равновесие.

Равновесное состояние экосистемы означает, что то количество продукции, которое синтезируют зелёные растения и другие продуценты, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. В этом случае биомасса экосистемы остаётся постоянной, а положение экосистемы равновесным. Если затраты в экосистеме снизятся, она не сможет перерабатывать всю продукцию, и органическое вещество начнёт накапливаться, если энергозатраты повысятся – исчезать. В обоих случаях равновесие нарушится, что вызовет изменение сообщества. Эти изменения могут затронуть видовое разнообразие, структуру пищевых цепей, продуктивность и другие показатели системы, что в конце концов приведёт к смене экосистем.

Смена экосистем. Этот процесс заключается в том, что в определённом районе в строго определённой последовательности происходит закономерная смена популяций различных видов. Как правило, это очень длительный процесс, однако иногда изменения в экосистеме можно проследить на протяжении жизни нескольких поколений. Примером таких быстрых изменений может служить зарастание небольшого озера (рис. 80).

Сначала по периметру озера образуется сплавина – сплошной ковёр плавающих растений, которые, погибая, опускаются на дно водоёма. В придонных слоях в условиях нехватки кислорода редуценты не успевают перерабатывать все отмирающие части растений и животные остатки. В результате образуются торфяные отложения, озеро постепенно мелеет и превращается в болото. В дальнейшем болото зарастает с краёв, превращаясь в луг, а позднее в лес. Таким образом, полностью меняется видовой состав и растительной, и животной части экосистемы. На месте бывшего озера формируется экосистема леса.

Рис. 80. Смена сообществ при зарастании водоёма. Растительность продвигается от берегов к центру водной поверхности (А). Этот процесс продолжается, и озеро постепенно заполняется торфом (Б, В). После того как озеро полностью заполнится торфом, на его месте вырастает лес (Г)

Экосистемы всегда стремятся к сохранению равновесия, поэтому при смене экосистем каждая последующая стадия развития длительнее и устойчивее предыдущих.

В природе смены экосистем происходят постоянно и характеризуются определёнными закономерностями: увеличивается видовое разнообразие, нарастает общая биомасса, усложняются цепи питания. Всё это постепенно приводит к формированию стабильных сообществ.

Конечный этап развития экосистем зависит от климатических, почвенных, водных и топографических условий. В одних районах земного шара наиболее устойчивым сообществом будет лес, в других – степь, а в третьих – тундра. С течением времени условия на земном шаре постепенно изменяются в том или ином направлении, и то сообщество, которое было стабильным в определённый период исторического развития, спустя тысячи лет уступит место иному стабильному сообществу, чья структура соответствует изменившимся условиям. Так, более 10 тыс. лет назад в эпоху последнего оледенения на месте нынешних широколиственных листопадных лесов находилась тундра.

Если не считать землетрясений, оползней, извержений вулканов и других природных катастроф, естественные смены экосистем происходят постепенно. Однако вмешательство человека часто вызывает резкие и глобальные изменения, приводящие к нарушениям или гибели экосистем.

Вопросы для повторения и задания

1. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет её видовое разнообразие?

2. Что такое равновесное состояние экосистемы?

3. Приведите примеры быстрой смены экосистем.

4. От чего зависит конечный этап развития экосистемы?

Подумайте! Выполните!

1. Какие экосистемы наиболее устойчивы в вашей местности? Объясните, чем это обусловлено.

2. Объясните, к чему приводит необоснованная и случайная акклиматизация новых видов. Приведите примеры, которые вам известны из курсов ботаники и зоологии.

3. Проведите исследование. Изучите видовой состав растений и животных одного из наиболее распространённых в вашей местности типов биогеоценозов. Используйте для этой работы атласы-определители. Создайте карту биогеоценоза, нанесите на неё ареалы распространения основных видов. Есть ли в этом биоценозе виды, внесённые в Красную книгу? Оцените индексы видового разнообразия.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Узнайте больше

Сукцессия. Изучая развитие и смены экосистем, экологи используют понятие «сукцессия». Сукцессия – это закономерный направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия живых организмов между собой и с окружающей их абиотической средой. Различают два вида экологических сукцессий: первичные сукцессии происходят на субстрате, изначально не содержащем органического вещества, например на голой скале, застывшем лавовом потоке; вторичные – идут на субстратах, с которых были удалены ранее существовавшие на них сообщества, например зарастание брошенного поля.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Для любой экосистемы характерны непостоянство и изменчивость. Природа периодически меняется, принимая новую форму и образуя качественные связи между живыми организмами. Биогеоценоз является примером типичной экосистемы, для которой характерно большое количество связей между животными, растениями и микроорганизмами.

Что такое биогеоценоз

Если взять любой участок земли, на котором хотя бы в каком-то виде присутствует жизнь, можно обнаружить много видов организмов, связанных между собой с помощью круговорота энергии и веществ. Такие биотопы, т. е. участки суши, называются биогеоценозами. Это один из видов экосистемы, для которого характерны все признаки последней:

1. Целостность.

2. Саморегулирование.

3. Самовоспроизведение.

Чтобы определить, какие причины вызывают смену биогеоценозов, необходимо понимать целостность и сложность организации этой природной системы. Ее составляющими являются животные, растения, грибы, бактерии и другие микроорганизмы. Между ними образуются тропические, трофические, фабрические, топические связи, которые являются основой круговорота органических и неорганических веществ.

Пищевые цепочки – это основной способ передачи энергии между организмами. Они бывают пастбищные и детритные, сильноразветвленные и слаборазветвленные, с большим количеством звеньев и с малым количеством звеньев. Все это в совокупности наделяет биогеоценоз способностью к саморегуляции и самовоспроизведению.

Круговорот веществ в биогеоценозе

Каковы причины смены биогеоценозов? В первую очередь это круговорот веществ. Минеральные и органические вещества являются важной составляющей каждой экосистемы. Например, растения выделяют кислород, который нужен для дыхания животных. В свою очередь животные выделяют в атмосферу углекислый газ, который необходим растениям для процесса фотосинтеза. Этот простейший пример показывает, насколько тесно связаны организмы между собой.

Причины смены биогеоценозов часто кроются в исчезновении одного из звеньев цепи питания. Круговорот органического вещества протекает в сообществе по следующей схеме: продуценты синтезируют органику, консументы ее потребляют, а редуценты переводят органические остатки консументов в материал для нового синтеза белков, жиров и углеводов.

Соответственно, среди консументов выделяют травоядных животных и хищников. Если резко возрастает количество хищников, то травоядные животные исчезают из экосистемы. Если они были единственным источником пищи, хищники также могут погибнуть от голода. Если же количество травоядных животных преобладает, то и скорее заканчиваются запасы их корма. Эти примеры показывают, какие причины вызывают смену биогеоценозов: отсутствие одного из звеньев любого круговорота может приводить к дальнейшему саморазрушению экосистемы. Поэтому для ее сохранения важны такие понятия, как взаимозаменяемость и разнообразие видов организмов.

Изменения в биогеоценозах. Главные причины смены

Экосистема – это динамическая природная структура, в которой поддерживаются собственные «законы и правила» развития. Если рассматривать ее на протяжении большого промежутка времени, можно отметить разницу в соотношении органических и неорганических веществ, а также обнаружить постоянную замену одних организмов другими. Каковы основные причины смены биогеоценозов?

1. Нормальные природные процессы внутри сообщества (сукцессия).

2. Антропогенные факторы: вырубка лесов, осушение болот, в более масштабном смысле – загрязнение атмосферы и водоемов.

3. Воздействие каких-либо климатических аномалий: сушь, сильные морозы, бураны и шторм (катастрофические факторы).

В сегодняшних реалиях влияние антропогенного фактора на экосистемы и природу в целом резко возросло. Сейчас только в отдаленных уголках можно наблюдать естественную смену одного биотопа другим.

Каковы причины устойчивости и смены биогеоценозов?

Устойчивость экосистемы определяется несколькими факторами, которые зависят от уровня ее организации, территории, количества различных видов организмов. Вот основные критерии, по которым можно судить об устойчивости биогеоценоза:

1. Степень замкнутости круговорота веществ.

Чтобы экосистема дольше сохранилась, все вещества должны быть вписаны в общий круговорот обмена. Если органика и неорганика каким-либо образом вымывается, не востребована в популяции животных или растений данной среды, то происходит постепенный отток веществ из экосистемы. И наоборот, если все пищевые цепочки имеют по несколько звеньев, а для каждого органического или неорганического вещества есть потребитель, то в результате сохраняется постоянный состав сообщества.

По этому признаку в целом можно определить, какие причины вызывают смену биогеоценозов.

2. Тип внутреннего круговорота веществ.

Здесь экосистемы делятся на три группы: независимые, зависимые и подчиненные. Независимые биогеоценозы располагаются вблизи источников воды, что дает возможность получать влагу без каких-либо затруднений. Зависимые экосистемы располагаются в таких местах, где поступление воды затруднено и происходит в определенные промежутки времени (например, биоценозы скал или пустынь). К последней группе относятся такие территории, которые располагаются в низинах и получают только ту влагу, которая скапливается там после выпадения осадков.

3. Скорость протекания обмена веществ

Еще одна важная характеристика устойчивости экосистемы, которая зависит от скорости распада и синтеза органических веществ. Чем выше этот показатель, тем дольше биогеоценоз может просуществовать.

Катастрофические смены экосистемы

Независимо от того, какие причины вызывают смену биогеоценозов, климатические изменения и аномалии могут губительно сказаться на любом из них. Примерами служат выжженные из-за засухи леса, потопы, молнии и сильный ветер, которые разрушают деревья и могут вырвать их с корнем.

Стадии развития биогеоценозов

Сукцессия – это естественная смена одного биогеоценоза другим. Любая экосистема способна претерпевать изменения в своем составе и развитии. Естественная конкуренция между видами организмов приводит к перестройке всей экосистемы, результатом которой являются изменения в биогеоценозах. Причины смены в этом случае – это появление новых растений и животных, которые более приспособлены к данной местности. Примером может случить лиственный лес, который состоит из клена, сосны, березы и других деревьев. Через длительный промежуток времени эти растения вытесняются хвойными.

Стадии сукцессии проще всего объяснять, опираясь на растительный состав биогеоценоза. Флора оказывает наибольшее влияние на дальнейшее формирование биотопа и фауны, что объясняет классификацию этапов развития.

Первая стадия представляет собой мелкий травяной покров, высота которого может не превышать полметра. Это обычные луга, флора которого состоит преимущественно из различных многолетних и однолетних трав, цветов, хвощей и папоротников.

Вторая стадия характеризуется появлением в биогеоценозе кустарников. Фауна также претерпевает изменения, что отражается на межвидовых связях.

Третья стадия – это развитие широколиственного леса, которая может длиться большой промежуток времени. Появляются новые виды деревьев, животных и микроорганизмов. В биогеоценозе с бурным развитием флоры формируется ярусность: появляется подстилка леса, животные осваивают новые территории и места обитания.

Четвертая стадия называется климаксовой, или климаксом. Она представляет собой хвойные леса, которые постепенно заменяют лиственные путем затемнения нижних ярусов. В итоге такие светолюбивые растения, как береза, дуб, ясень не могут вырасти до нормальных размеров. Четвертая стадия является конечной в развитии биогеоценоза, т. к. здесь наблюдаются наименьшие потери энергии, более тесные и развитые связи между организмами.

Первичная сукцессия

Все вышеперечисленные этапы представляют собой закономерный природный процесс, который называется сукцессией. Любая экосистема стремится пройти все 4 этапа развития, начиная от трав и заканчивая климаксовым хвойным лесом. Однако сукцессия также бывает двух видов: первичная и вторичная.

Первичная сукцессия характерна для тех территорий, на которых изначально не было признаков жизни. Это могут быть скалы, застывшая лава, пустыри. Любое из этих мест рано или поздно заселяется микроорганизмами, затем туда попадают семена непривередливых растений, появляются насекомые.

Вторичная сукцессия

Если еще раз просмотреть, какие причины вызывают смену биогеоценозов, антропогенные и климатические факторы часто находятся в первых строчках списка. Чаще всего они приводят к разрушению экосистемы. Однако даже на выжженной опустошенной земле остаются семена растений, под землей выживают личинки насекомых, черви. Что тут говорить о бактериях и протистах, которые смогут пережить любую климатическую аномалию. Все это является фундаментом для вторичной сукцессии – процесса восстановления биогеоценоза на месте исчезнувшего старого.

Заключение

Любые биотические и абиотические факторы могут повлиять на развитие экосистемы. Это нормальные процессы, которые проходят в природе, поэтому на них очень трудно повлиять. Исключением является, разве что, вмешательство человека в окружающую среду, однако в большинстве случаем это приводит к негативным последствиям. Вот каковы основные причины смены биогеоценозов.