Конспект урока: Устойчивость и динамика экосистем

Вступление 

Живые и неживые компоненты экосистемы неразрывно связаны. Они влияют друг на друга. Продуценты используют неорганические вещества почвы и воздуха для создания питательных веществ. Редуценты перерабатывают детрит, возвращая неорганические элементы в почву и, обогащая её гумусом. Таким образом экосистема обладает устойчивостью за счёт круговорота веществ и потока энергии. 

Многие экосистемы существуют сотни лет благодаря тому, что биотическая среда всегда развивается. Организмы размножаются и продолжают свой род, поддерживая устоявшуюся структуру экосистемы. Экосистема способна самовоспроизводиться. 

Для сохранения и процветания экосистемы необходимы все её организмы и компоненты абиотической среды. Тенденция сохранять устойчивость — равновесие между всеми её частями называется саморегуляцией. Слабые нарушения, которые затрагивают экосистему, обычно устраняются внутренними механизмами. Сильные нарушения приводят к сукцессии (смене одной экосистемы другой).

Сукцессия не всегда носит отрицательный характер. Просто экосистема под действием сильных внешних изменений преобразуется настолько сильно, что приобретает новые формы. Например, из-за пожара на месте широколиственного леса вырос сосновый бор. К сожалению, существует много примеров, когда антропогенное вмешательство человека приводило к деградации экосистемы. Например, разлив нефти приводит к гибели многих популяций животных и растений в акватории.

Биоразнообразие — основа устойчивости 

Экосистема считается наиболее устойчивой и способной к самовоспроизведению при максимально допустимом количестве видов. сокращение численности одного вида будет провоцировать исчезновение другого, зависимого вида. Так целые трофические цепи могут исчезать, что грозит исчезновением всей системы. Устойчивость любой экосистемы базируется на принципах биоразнообразия: 

1. В любых сообществах уживаются только виды, находящиеся на разных экологических нишах, чтобы исключить конкуренцию за одинаковые ресурсы. Так, растения широколистного леса, распределяясь по ярусам, оптимально используют весь поток жизненной энергии.

2. Виды организмов в сообществе могут быть заменены другими, не нарушая общего круговорота веществ. Ведь на одном трофическом уровне находятся несколько видов.

На суходольных лугах обитают разные виды опылителей: медоносная пчела, бабочка-крапивница, жук-бронзовка. Их экологические ниши перекрываются только частично. Исчезновение одного вида при условии биоразнообразия не опасно.

Рис. 1. Соболь (сверху) и куница (снизу)

Пример 1 

 

Соболь и куница — близкородственные виды, занимающие одинаковые экологические ниши. Куница обитает в европейской части тайги, соболь — в азиатской. Если один из этих видов исчезнет, то другой расширит свой ареал и займет его место.

3. Биотические связи поддерживают устойчивость. Так, популяция хищников контролирует численность популяции жертв. При этом видна и обратная связь. В той же степени численность хищников зависит от численности жертв. 

4. Большое влияние на разнообразие оказывают связи между звеньями трофической цепи. Встречаются монофаги — животные, питающиеся исключительно одним видом растения. Сохранение популяции монофагов напрямую зависит от численности этого растения.

Наиболее богатые видами сообщества более устойчивы. Биоразнообразие обеспечивает дублирование пищевых связей.

Динамика экосистем 

Все сообщества непрерывно меняются под действиями внешних и внутренних (биогенных) факторов. Такие изменения могут походить относительно быстро или постепенно и долго. Такие изменения называются сукцессия. 

Это один из ключевых терминов современной экологии. Его в экологию ввёл Ф. Клементс для обозначения сменяющих друг друга во времени сообществ, образующих сукцессионный ряд, где каждая предыдущая стадия формирует условия для развития последующей. Если при этом не происходит событий, вызывающих новую сукцессию, то ряд завершается относительно устойчивым сообществом, имеющим сбалансированный при данных факторах среды обмен. Такое сообщество Ф. Клементс назвал климаксовым сообществом. 

Сукцессии бывают первичными и вторичными. Первичная сукцессия возникает в среде впервые доступной для заселения. Такое случается довольно редко. Например, появление растительности на обнажившейся от ледника почве. Или на острове, поднявшемся из моря в результате подводной океанической деятельности. В этом случае первыми заселяют безжизненные территории лишайники. Лишайник — это симбиотический организм, способный существовать без почвы. Лишайник состоит из одноклеточных водорослей, способных к фотосинтезу и создающих органику для гриба, который, в свою очередь, поглощает из атмосферы воду, необходимую для фотосинтеза. Лишайники растут очень медленно. После их отмирания формируется почва, на которой способны поселиться высшие растения: мхи и др.

Вторичная сукцессия — это восстановление экосистемы, когда-то уже существовавшей на данной территории. Она начинается в том случае, если уже в сложившемся биоценозе нарушены установившиеся взаимосвязи организмов. 

Смена экосистем может происходить по разным причинам. Это могут быть естественные причины: стихийные бедствия (пожар, сель, наводнение, цунами 

и т. д.) Например, на смену сосновому лесу приходит смешанный. На месте небольшого водоёма появляется болото, которое в течение нескольких лет может исчезнуть, а на его месте появится лес.

По Ф. Клементсу (1916), процесс сукцессии состоит из следующих этапов: 

1. Возникновение незанятого жизнью участка.
2. Миграция на него различных организмов или их зачатков.
3. Приживание их на данном участке.
4. Конкуренции их между собой и вытеснение отдельных видов.
5. Преобразование живыми организмами местообитания, постепенной стабилизации условий и отношений.

Рис. 2. Восстановительная сукцессия Сибирской тайги