Загальна екологія складних природних систем - конспект, сторінка 8
4. У переважній більшості екосистем здійснюється фундаментальний оборотний хімічний процес.
В екосистемах пряма і зворотна реакції, як правило, не збігаються з-за обміну учасниками реакції (перенесення води, газів і органіки) з іншими системами. В екосистемах великих глибин, печер, під землею, де немає світла і не може здійснюватися фотосинтез, органічна речовина поставляється або місцевими хемоавтотрофов (бактеріями, в клітинах яких здійснюється хемосинтез), або надходить з інших систем.
Принципова відмінність між потоками речовини та енергії в екосистемі полягає в тому, що біогенні елементи, складові органічна речовина, можуть багаторазово брати участь в круговороті речовин, тоді як потік енергії однонаправлені і незворотній. Кожна порція енергії використовується тільки одноразово. Згідно з другим законом термодинаміки на кожному етапі трансформації енергії значна її частина неминуче втрачається, розсіюється у вигляді теплоти.
Питання 16. Стабільність і розвиток екосистеми
1. У природних екосистемах відбуваються постійні зміни стану популяцій організмів. Вони викликаються різними причинами:
• короткочасні - погодними умовами і біотичними впливами;
• сезонні (особливо в помірних і високих широтах) - великим річним ходом температури;
• від року до року - різними випадковими поєднаннями абіотичних і біотичних факторів.
Однак всі ці коливання, як правило, більш-менш регулярні і не виходять за межі стійкості екосистеми - її звичайного розміру, видового складу, біомаси, продуктивності, відповідних географічних і кліматичних умов місцевості. Такий стан екосистеми носить назву клімаксного.
Клімаксние спільноти характеризуються стійким динамічним рівновагою між біотичними потенціалами що входять в співтовариство популяцій і опором середовища. Сталість найважливіших екологічних параметрів часто позначають екосистеми. Як правило, стійкість екосистеми тим більше, чим більше вона за розміром, а також багатшим і різноманітнішим її видовий і популяційний склад.
2. Прагнучи до підтримки гомеостазу - здатності протистояти змінам і зберігати динамічне відносну сталість - екосистеми проте здатні до змін, розвитку, переходу від більш простих до більш складних форм. Масштабні зміни географічної обстановки або типу ландшафту під впливом природних катастроф або діяльності людини призводять до певних послідовних змін стану біогеоценозів місцевості-Сукцесія (від англ. Succession - послідовність).
Сукцесії досить різноманітні і їх ділять на групи за різними ознаками. З причин, що викликають зміну, сукцессии діляться на дві групи:
• автогенні (причиною зміни є зміни, що виникають в результаті діяльності самого співтовариства);
• алогенних (відбуваються в результаті зовнішніх впливів).
Серед автогенних сукцессии розрізняють сингенетичні (Сингенез) і ендоекогенетіческіе (ендоекогенез) зміни.
Сингенез (від грец. Syn- разом, genesis- походження) - сукцесія, що протікає внаслідок розмноження рослин і конкуренції між ними без істотного кумулятивного зміни умов місця проживання. Сингенетичні зміни характерні для початкових стадій сукцесії на первинних (спочатку позбавлених рослинності) або вторинних (спочатку зайнятих рослинністю, потім знищеної) субстратах.
Ендоекогенез (від грец. Endon - всередині, oicos- будинок) - процес зміни рослинності в результаті глибокого і кумулятивного зміни умов середовища.
Залежно від джерел енергії, за рахунок яких відбувається процес розвитку, сукцессии ділять:
Розвиток лісу на залишеному поле є прикладом сукцесії, що відбувається в ясно вираженому Автотрофне стані, бо в перший момент з'являються автотрофні організми. Така сукцесія носить назву автотрофної.
Прикладом сукцесії іншого роду є річка, забруднена великою кількістю органічних покидьків (наприклад, на березі річки побудована і діє свиноферма). Надмірне органічна речовина в цьому випадку починає активно використовуватися гетеротрофами. При цьому воно споживається швидше, ніж створюється, т. Е. Відбувається постійне убування органічної речовини. Це - гетеротрофні сукцесія. Розрізняють первічнуюсукцессію - поступове заселення організмами з'явилася дівочої суші, оголеною материнської породи (відступити море або льодовик, висохле озеро, піщані дюни, голі скелі і застигла лава після вулканічного виверження і т. П.) - У цих випадках вирішальну роль відіграє процес грунтоутворення. Початкове вивітрювання - руйнування і розпушення поверхні мінеральної основи під дією перепадів температури і зволоження - вивільняє або приймає нанос деякої кількості біогенів, яке вже може бути використано бактеріями, лишайниками, а потім - і рідкісною одноярусною пионерной рослинністю. Її поява, а з нею - сімбіотрофов і дрібних тварин, значно прискорює утворення грунту і поступове заселення території серіями все більш складних рослинних угруповань, все більшими рослинами і тваринами. Так система поступово проходить усі стадії розвитку до клімаксного стану.
На відміну від цього, вторинної називають сукцесію, що починається там, де поверхня повністю або в значній мірі позбавлена рослинності, але раніше знаходилася під впливом живих організмів, і володіє органічним компонентом. Такі, наприклад, лісові вирубки, вигорілі ділянки або занедбані сільськогосподарські угіддя. Тут в грунті можуть зберігатися насіння, суперечки і органи вегетативного розмноження, наприклад кореневища, які будуть впливати на сукцесію.
Як при первинній, так і при вторинної сукцесіях флора і фауна навколишніх територій являютсяглавним фактором, що визначає типи рослин і тварин, що включаються в сукцесію в результаті випадкового розселення і міграцій. Сукцесії відбуваються шляхом заміщення одних видів іншими і тому їх не можна прирівнювати до реакцій гомеостазу.
Повну сукцесію іноді називають серією. Серію утворює ряд серіальних спільнот В подібних умовах середовища серії нерідко бувають представлені подібними сукцесії, тому їх можна класифікувати відповідно до цих умов; наприклад, гідросерія розвивається у водному середовищі в результаті заселення відкритої водної поверхні, галосерія - на солоних маршах.
Вперше теорія сукцессии була детально розроблена в 1916 р Клементсом. Він вивчав співтовариства в Північній Америці і прийшов до висновку, що основним фактором, що визначає склад клімаксного спільноти, є клімат. За уявленнями Клементса, в даних кліматичних умовах може існувати тільки одне климаксное співтовариство, яке називається клімаксом (концепціямоноклімакса).
Більш сучасною є концепція поліклімакса, згідно з якою клімакс формується під впливом всіх фізичних факторів, причому один або декілька з них можуть домінувати (наприклад дренаж, грунт, топографія, пожежі). Спільнота вважається справжнім клімаксом, якщо воно стійко тривалий період часу: будь-які зміни в ньому відбуваються відносно повільно в порівнянні з часом, необхідним для проходження сукцесії до стадії клімаксу.
3. У будь-яка визначена час види всередині спільноти можуть бути просторово розподілені відповідно до відмінностями навколишнього фізичного середовища. Це називається зональним розподілом. Хорошим прикладом служить розподіл морських водоростей і тварин, що зустрічаються на скелястих берегах між рівнями відливу і припливу і в зоні попадання бризок. Фізичні умови цих зон різні; особливо варіюється час їх оголення між послідовними приливами. У кожній зоні мешкають види, пристосовані до її особливих умов. Ще один хороший приклад такого роду - вертикальна зональність зі збільшенням висоти в горах. Зовні зональний розподіл може мати схожість з сукцесії, але необхідно розуміти основна відмінність: при зональному розподілі види змінюються в просторі, тоді як в сук-цесії вони змінюються в часі.
4. Тривалість сукцессии багато в чому визначається структурою спільноти. Вивчення первинної сукцесії на таких місцях, як піщані дюни, свідчить про те, що в цих умовах для розвитку клімаксу потрібні багато сотень років. Вторинні сукцесії, наприклад на вирубках, протікають набагато швидше. Все ж потрібно не менше 200 років, щоб в умовах помірного вологого клімату зміг відновитися лісовий масив.
Вторинна сукцесія в степу, наприклад, триває близько 50 років.
Зріле суспільство здатне протистояти змінам фізичних факторів (таких як температура, вологість) і навіть деяким видам хімічних забруднень в набагато більшому ступені, ніж молоде. Однак молоде співтовариство здатне продукувати нову біомасу в набагато більших кількостях, ніж старе.
Таким чином, людина може збирати багатий урожай у вигляді чистої продукції, штучно підтримуючи співтовариство на ранніх стадіях сукцесії. Адже в зрілому співтоваристві, що знаходиться на стадії клімаксу, чистий річний продукція витрачається в основному на дихання рослин і може бути навіть дорівнює нулю.