Изменчивость и стабильность экосистем

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 3Следующая ⇒

Экосистемы существуют в течение длительного времени, т.е. обладают определенной устойчивостью во времени и пространстве. Различают три вида устойчивости экосистем:

- инертность или выносливость, т.е. способность экосистемы сопротивляться различным изменениям;

- постоянство – способность экосистем сохранять свои размеры;

- упругость – способность живых систем самовосстанавливаться после внешнего воздействия, если оно не носило катастрофического характера.

Для поддержания стабильности экосистемы в ней необходимо иметь сбалансированность потоков вещества и энергии и процессов обмена веществ.

С другой стороны, ни одна экосистема не бывает стабильной. Например, численность одних видов растений и животных периодически увеличивается, а других - уменьшается. Подобные процессы в естественных условиях имеют более или менее закономерную периодичность, но в целом не выводят систему из равновесия.

Состояние подвижно – стабильного равновесия экосистемы называется гомеостазом. Иными словами гомеостаз – это способность экосистем в авторегуляции при изменении условий среды. В естественных экосистемах гомеостаз поддерживается тем, что они открытые, т.е. получают вещество и энергию из ОС. Например, к растениям непрерывно поступает солнечная энергия и хим. соединения из воздуха и почвы. В искусственных экосистемах гомеостаз поддерживается человеком, путем субсидирования их веществом и энергией.

Несмотря на состояния гомеостаза, экосистемы испытывают медленные, но постоянные изменения во времени. Эти изменения касаются, прежде всего, биоты - совокупность видов организмов (флоры и фауны), обитающих на какой-либо крупной территории (например, биота тундры).

Последовательная смена во времени одних экосистем (биоценозов в первую очередь) другими на определенном участке земной поверхности называется сукцессией. Сукцессии подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные сукцессии развиваются на лишенном жизни месте, где условия существования поначалу не являются благоприятными. Например, постепенное обрастание голой скалы с развитием в конечном итоге на ней леса.

Вторичные сукцессии - восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории. Например, превращение заброшенных полей в леса.

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называется климаксом, а экосистема – климаксовой. Например, в сухом и жарком климате – это пустыня, в жарком, но влажном – тропический лес и т.д.

При необдуманном воздействии человека на природу возможны внезапные и резкие изменения экосистем, вызывающие, например, гибель видов организмов. В этом случае говорят не о сукцессии, а об экологическом нарушении. Например, сброс в водоем СВ, содержащих большое количество питательных веществ (биогенов) приводит к бурному росту водорослей.

Изменения могут быть столь резкими, что ни один исходный компонент экосистемы не сохраняется. Происходит гибель экосистемы.

Продуктивность экосистем

Экосистемы обладают продуктивностью, т.е. способностью образовывать и расходовать органическое вещество. Продуктивность рассматривают, как скорость образования вещества (биомассы).

Основная (первичная) валовая продуктивность определяется, как скорость усваивания солнечной энергии продуцентами в процессе фотосинтеза.

Однако часть созданного вещества расходуется на дыхание, т.е. на поддержание собственной структуры. Фактическая (чистая первичная) продуктивность – накопленное всей экосистемой вещество «-» расходы на дыхание. Органическое вещество, образующее чистую первичную продуктивность, доступно растительным консументам, а через них плотоядным. Например, 1 га леса воспринимает примерно 2 10⁹ кДж энергии. Если все это растительное вещество сжечь получится примерно 1 10⁶ кДж, что составляет 0, 5 %. Фактическая продуктивность не превышает 0, 5 %. При передаче от каждого предыдущего звена трофической цепи к последующему теряется 90-99 % энергии.

Консументы создают органическое вещество за счет чистой первичной продуктивности, но сами синтезировать органическое вещество из неорганического не могут. Продуктивность консументов – это вторичная продуктивность.

Для сравнения продуктивности отдельных видов, популяций и экосистем определяют удельную продуктивность – величина продукции животных или растений, отнесенная к их средней биомассе за один и тот же отрезок времени.

Экологические системы, в которых отношение продуцируемой биомассы (Р) к расходам на дыхание (R) больше 1 (P/R> 1), называется экосистемой с автотрофной сукцессией. Суммарная биомасса в таких системах возрастает.

Если соотношение (P/R< 1) - суммарная биомасса уменьшается, экосистема характеризуется гетеротрофной сукцессией.

Если Р = R – запасы биомассы и энергии остаются постоянными, такая система называется климаксовой.

Трофические цепи

Трофическая цепь – это последовательный перенос вещества и энергии от их источника – зеленого растения - через ряд других организмов на более высокий трофический уровень, т.е. путем поедания одних организмов другими.

Компонентами трофической цепи являются:

- продуценты – это автотрофные организмы, производящие в процессе фото- или хемосинтеза первичные органические вещества;

- консументы – гетеротрофные организмы. Различают первичных консументов (животные, питающиеся растениями) и вторичных (хищники).

- редуценты (деструкторы) - гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки всех трофических уровней (грибы, бактерии, черви и т.д.).

Трофические цепи удобно представлять в виде экологических пирамид. Различают экологические пирамиды энергии, биомассы и численности.

При движении по экологической пирамиде происходит уменьшение численности и биомассы и рассеивание энергии. Минимум 90% энергии расходуется на поддержание собственной структуры, т.е. на дыхание и только максимум 10 % переходит на следующий трофический уровень. Описанная закономерность называется «правилом десяти процентов» или закон Линдемана: « С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10 % энергии, поступившей на этот уровень».

С другой стороны. При движении по трофической цепи наблюдается концентрирование токсичных веществ.

Например: зерновые растения → мыши → куропатки → совы

Содержание токсичных веществ в зерновых растения составляет 1 мг, а коэффициент накопления равен 10, тогда согласно закону концентрирования в мышах будет накапливаться 10 мг, в куропатках 100 мг, а в совах 1000мг токсичного вещества. В общем случае формула для расчета выглядит следующим образом: С_n = C_в∙ кⁿ

где С_в – содержание на начальном звене трофической цепи или в среде (вода, почва);

С_n – содержание в искомом звене трофической цепи;

к – коэффициент накопления.

Лекция 3

⇐ Предыдущая 123 Следующая ⇒