в чем причина устойчивости экосистемы

Устойчивость и смена экосистем (биогеоценозов).

Вопрос 1. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет ее видовое разнообразие?
Разнообразие видового состава биоценозов обеспечивает реальное существование не столько цепей, сколько сетей питания, поскольку на каждом трофическом уровне находятся организмы разных видов, способные заместить друг друга в выполнении функций биотического круговорота веществ при изменении экологической ситуации. Чем разнообразнее пищевые цепи и сложнее их переплетение, тем устойчивее биоценоз. Действительно, в сложных цепях с большим видовым разнообразием экологические возможности разных видов дополняют и компенсируют друг друга. В результате даже при значительном изменении условий окружающей среды сложная система сохраняет свою целостность. Наиболее опасно (с точки зрения нарушения устойчивости) для экосистемы уменьшение биомассы продуцентов, а также повреждения на уровне таких элементов биотопа, как почва, вода, воздух.

Вопрос 2. Что такое равновесное состояние экосистемы?
Равновесное состояние экосистемы означает, что та биомасса (первичная продукция), которую синтезируют зеленые растения и другие автотрофы, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. При уменьшении потребностей консументов и редуцентов начинается накопление органического вещества, при увеличении — расходование его. Результатом накопления является, например, отложение торфа. Перерасход ведет к снижению численности консументов, а в некоторых случаях — к радикальным экологическим изменениям (козы, завезенные на мелкие тропические острова, истребили исходную растительность и привели к превращению лесов в полупустыню).

Примером быстрой смены экосистем является зарастание озера. Сначала у берегов образуется сплавина — поверхностный слой влаголюбивых и водных растений. Затем происходит накопление торфа, постепенно заполняющего чашу водоема. В итоге озеро исчезает, сменяясь болотистым мелким лесом.
В случае смены сосняка ельником семена ели, попадающие в сосновый лес, сначала развиваются под сосновыми кронами. Затем, когда ели вырастают достаточно высокими, они начинают угнетать рост светолюбивых сосен. Ель же является растением теневыносливым и продолжает прекрасно развиваться. Со временем сосны в лесу замещаются елями; происходит смена и нижних ярусов: на место кустарничков и трав приходят мхи, устойчивые к недостатку света и повышенной влажности.
Другой пример — зарастание места, где прошел лесной пожар. В этом случае в средней полосе России в течение относительно короткого времени происходит последовательная смена основных продуцентов: травы — кустарники — лиственные деревья — хвойные деревья.

Источник

Причины устойчивости и смены экосистем

Содержание:

Одни биогеоценозы более стабильные, по сравнению с другими. Устойчивость естественных экосистем достигается с помощью видового разнообразия флоры и фауны, способности к саморегуляции численности особей в популяциях. Характерна высокая первичная продуктивность, практически отсутствуют неиспользованные органические остатки. Примеры стабильных экосистем: дубрава, влажный тропический лес, ельник, озеро (таблица 1).

Видовое разнообразие дубравы

Группы организмов по типу питания

Примеры растений, животных, микроорганизмов

Продуценты — растения

Верхний ярус — высокие деревья.

Дуб, ясень, клен, липа, дикая груша.

Средний ярус — кустарники.

Лещина, калина, бересклет, бузина, крушина.

Нижний ярус — травы.

Валериана, купена, медуница, чистотел.

Консументы — животные

Грызуны, зайцы, дикие кабаны, косули, зерноядные птицы.

Хищные птицы, ласка, куница, волк, лиса.

Редуценты

Факторы устойчивости дубравы:

Причина смены биогеоценозов — достижение стабильного состояния. Развитие продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное природное сообщество, которое способно поддерживать баланс веществ и энергии в экосистеме.

Смена экосистем сопровождается:

Неустойчивые экосистемы изменяются быстрее. Происходит смена растительного покрова, популяций животных. Постепенно, одни экосистемы превращаются в другие. На месте озера появляется болото, на заброшенной плантации шалфея восстанавливается степная растительность.

Существует две основные причины неустойчивости биогеоценозов:

Даже биогеоценозы с малым видовым разнообразием (тундра, полупустыня, пустыня) более устойчивы, по сравнению с искусственными экосистемами. Неустойчивость последних — следствие наличия монокультуры, простоты пищевых цепей, невозможности саморегуляции.

Тундры и пустыни без сильной антропогенной нагрузки, в условиях отсутствия значительных климатических изменений, способны существовать длительно. В этих и других устойчивых экосистемах все, что производят растения, используется гетеротрофными организмами.

Человек, изымая значительную часть органики в искусственно созданных экосистемах, прерывает естественные потоки веществ и энергии. Энергия частично возвращается с удобрениями, но этого недостаточно. Агроэкосистемы быстро деградируют без вмешательства человека (обработки почвы, внесения удобрений, борьбы с болезнями и вредителями).

Источник

Саморазвитие и смена экосистем. Устойчивость и динамика экосистем

Содержание:

Изменения происходят в природных и искусственных экосистемах, нарушенных и полностью сформированных. Чистое пойменное озеро зарастает камышом и рогозом, берега заболачиваются, площадь водной глади уменьшается. Постепенно, на том же месте появляется болото.

Причины изменений кроются в свойствах самих экосистем. Им присуще саморазвитие, которое проявляется в последовательной смене природных сообществ организмов. Эти процессы происходят на одной территории в течение длительного периода времени.

Сукцессия

Это последовательная смена сообществ в отдельно взятой экосистеме.

Первичные наблюдаются на прежде необжитых территориях. Например, на безжизненных скалах сначала растут лишайники, создающие условия для высших растений.

Схема первичной сукцессии:

Вторичная сукцессия — смена предыдущего сообщества новым. Пример — восстановление леса после вырубки или пожара.

Одна из основных причин сукцессии — неполнота круговорота веществ. В экосистеме накапливаются «излишки» биогенных элементов, так как не все остатки организмов и продукты их жизнедеятельности перерабатываются консументами и редуцентами. Появляются условия для заселения новых видов.

Другая причина — необходимость достижения биогеоценозом устойчивого состояния. Один из способов — увеличение видового разнообразия. Чем больше видов, тем длиннее пищевые цепочки. Появляется больше возможностей для замены одних видов другими.

Схема вторичной сукцессии:

На начальных этапах сукцессии возникают сообщества организмов, имеющие небольшое видовое разнообразие, слаборазветвленную пищевую цепь. Происходят резкие колебания численности популяций. Постепенно, им на смену приходят более стойкие сообщества. Изменения продолжаются до тех пор, пока не возникнет устойчивая экосистема.

Меняются, развиваются даже давно существующие биогеоценозы. Например, влажные вечнозеленые леса находятся в состоянии подвижного равновесия. Разнообразие видов, сложные пищевые цепи — свидетельства устойчивости данной экосистемы. Доказательством развития являются миграции животных в поисках лучших мест для кормления, рост деревьев, лиан.

Отсутствие резких климатических колебаний в виде ледникового периода или глобального потепления — существенный фактор устойчивости биогеоценоза. Тем не менее, даже при сохранении условий, сообщества изменяются от пионерного состояния (появления живых организмов на голом грунте) до зрелого (климаксного).

Источник

Тема: Причины устойчивости и смены экосистем

19.05.2020

Лекция

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.

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.

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.

Термин «сукцессия» означает закономерное и последовательное изменение сообщества и функций экологической системы происходящий по причине влияния различных факторов. Сукцессия вызывается природными изменениями, а также влиянием человека. Каждая экосистема предопределяет существование следующей экологической системы и своего исчезновения. Это естественный процесс, происходящий по причине накопления энергии в экосистеме, изменений микроклимата и преобразований биотопа.

Сущность сукцессий

Сукцессия представляет собой последовательное совершенствование экосистемы. Наиболее заметно проследить сукцессию возможно на примере растений, она проявляется в смене растительности, изменении их состава и замене одних доминантных растений другими. Каждую сукцессию возможно разделить на две основные группы:

Первичная сукцессия.

Первичная сукцессия является исходной отправной точкой, так как возникает на безжизненных участках. В наше время практически вся суша уже занята различными сообществами, поэтому возникновение свободных от живых существ участков имеет локальный характер. Примерами первичной сукцессии являются:

заселение сообществами на скалах;

заселение отдельных территорий в пустыне.

В наше время первичная сукцессия довольно редкая, однако в какое-то время каждый участок суши прошел этот этап.

Вторичная сукцессия

Вторичная или восстановительная сукцессия происходит на ранее заселенном участке. Такая сукцессия может возникать везде и проявляться в различных масштабах. Примеры вторичной сукцессии:

заселения леса после пожара;

зарастание заброшенного поля;

заселение участка после схода лавины, что уничтожила на почве все живое.

Причинами вторичной сукцессии выступают:

Полный процесс вторичной сукцессии длится около 100-200 лет. Он начинается, когда на участках появляются однолетние травяные растения. Через 2-3 года их вытесняют многолетние травы, потом еще более сильные конкуренты – кустарники. Конечным этапом становится появление деревьев. Растут осина, ель, сосна и дуб, которым заканчивается процесс сукцессии. Это означает что восстановление естественной экосистемы на этом участке полностью завершено.

Источник

Устойчивость экосистем: иллюзия или реальность

Основные понятия и теории

Экосистема – это совокупность живых организмов, среды их обитания и связей между ними, посредством которой происходит обмен веществами и энергией. То есть она состоит из частей и связей между ними. Именно от них и зависит устойчивость экосистем.

Если максимально упростить, то ее можно описать так: это перемещение химических элементов от одного живого организма в другой при помощи энергии. Элементов этих не так много. Основными являются углерод, кислород, азот и кальций. Перемещаются они в виде различных органических и неорганических веществ и соединений. Преобразование их из одних форм в другие также происходит при помощи энергии.

В научном мире до сих пор нет единого мнения, какие главные для экосистем причины устойчивости. Преобладает мнение, что чем система сложнее, тем она устойчивее. Речь идет о разнообразии видов флоры и фауны, ее составляющих. Чем больше видов, тем сложнее пищевая цепь и есть возможность, в случае необходимости, замещения одного вида другим. На практике, такая теория, не получила однозначного подтверждения. «Простые» иногда бывают гораздо устойчивее «сложных». В качестве примера всегда приводят Большой Барьерный риф в Австралии. Его видовое разнообразие поражает также, как и его хрупкость. Даже незначительное изменение температурного режима, приведет к его гибели.

Определяется устойчивость экосистемы, как способность сохранять текущее состояние, несмотря на воздействие и влияние внешних факторов. У биологических она называется гомеостаз, который является обязательным условием существования как отдельной клетки и организма, так и всей биосистемы, независимо от ее величины.

Внешний фактор

Внешнее влияние и воздействие – это единственный необходимый и никем не оспариваемый фактор, заставляющий реагировать, вырабатывать определенные способности и вырабатывать устойчивость экосистем.

Внешнее воздействие, каким бы оно ни было, абиотическим – солнечное излучение, температура, давление и так далее, или биотическим, в том числе антропогенным, действует на все живые организмы, от примитивных до высокоразвитых. Кроме того, оно может оказывать влияние на связи между живыми организмами. В любом случае влиянию подвергается вся система через воздействие на ее части. Она реагирует не сразу. Внутри нее происходят изменения. Например: сокращается поголовье, вплоть до полного исчезновения вида на определенной территории или, наоборот, количественный рост. То есть воздействия, применительно к отдельному живому организму или виду, может иметь негативный и позитивный характер. На что организм реагирует – возникает обратная связь. Приспосабливаемость, адаптация, противодействие отдельной части и связи, приводит к тому, что система получает способность сохранять структуру и функции, становится резистентной. Если под воздействием внешних факторов, она утратила часть структуры или функцию, она может ее восстановить. Такую способность принято называть упругостью. Эти качества дают системе возможность вернуться в прежнее или близкое к нему устойчивое состояние. Они и есть у экосистем основа устойчивости.

«Залатывая» одни дыры, система получает новые. Начинает бороться с ними. И так постоянно. Такое состояние называется динамическим равновесием.

Человеческий фактор

К внешним факторам влияния можно отнести и антропогенный. Хотя, человек вроде бы как находится внутри системы, а не за ее пределами.

Экосистемы, по степени участия в их создании человека, могут быть природные и искусственные. Во втором виде степень влияния человека на ее существование и изменения определяющая. Такой же она может быть и на естественные или природные. Человек может оказывать на них такое влияние, что от «устойчивости» не останется следа. Примеры вокруг нас. И нигде, к сожалению, человек не устранил последствия своего воздействия, не восстановил экосистему.

Уровень вмешательства человека в природу уже достиг той отметки, что в опасности не отдельные экосистемы, а биосфера в целом.

Видео — Устойчивость и динамика экосистем

Источник