Формирование, развитие и смена экосистемы Формирование экосистем
Экосистемы формируются под воздействием биотических и абиотических факторов. Абиотические факторы: 2 абиотических фактора среды (температура и количество осадков) определяют размещение на земной поверхности основных наземных популяций. Влага – основной фактор определяющий разделение экосистем на лесные, степные и пустынные. Это происходит следующим образом: годовая сумма осадков ниже 1000 мм соответствует стрессовой зоне для многих видов деревьев, а предел устойчивости для них составляет около 750 мм в год. В то же самое время у злаков предел устойчивости ниже 250 мм в год, а кактусы способны произрастать при 50-100 мм в год. Соответственно в местах с количеством осадков более 750 мм в год развиваются леса, от 250-750 мм – степи, в других случаях пустыни.
Температура также важна для определения характера экосистемы, однако ее роль меньше в сравнении с осадками. При количестве осадков 750 мм в год температура лишь определяет какой именно лес будет формироваться в регионе. От температуры зависит скорость испарения воды: чем теплее, тем быстрее теряется выпавшая влага, поэтому в жарких регионах пустыни сменяются лесами при большей сумме осадков, чем надо.
Действие других абиотических факторов (рельеф, ветер, тип почв) происходит опосредствовано через температуру и влажность. В ряде случаев в качестве лимитирующих факторов выступает не только температура и осадки, но и другие абиотические факторы. Например: высокую засоленность берега море выдерживают не многие виды растений.
В роли лимитирующего фактора нередко выступают и биотические факторы, те путем воздействия одних видов на другие. Так при годовой сумме осадков выше 750 мм в год условие для развития злаков весьма благоприятны, однако такая же влажность способствует и росту деревьев затемняющих злаки, что приводит к гибели последних. Таким образом, фактор, препятствующий развитию злаков на территории, является биотическим, а именно конкуренцией растений может так же ограничиваться грибами – паразитами и животными.
Физические барьеры – море, горные хребты, пустыни. Именно их наличие объясняет тот факт, что экосистемы, развивающиеся на разных континентах, на далеких от них островах в сходных абиотических условиях могут сильно отличаться по своему видовому составу. Необходимо отметить, что не один из факторов не действует в одиночку. Например, засуха может привести к гибели птиц, а это вызовет рост насекомых, повлечет за собой массовое поражение растений, которые служат пищей других консументов.
Существование экосистемы поддерживается очень тонким взаимодействием лимитирующих факторов, влияющих на все виды организмов. Нельзя изменить какой-либо фактор, не затронув существование всех элементов экосистемы. Следовательно, изменение любого (биотического или абиотического) фактора должно неизбежно приводить в действие цепную реакцию с далеко идущими последствиями.
Принцип функционирования экосистемы
- Продуценты, консументы, детритофаги взаимодействуют друг с другом, поглощают и выделяют различные вещества. Органика и кислород, образуемые продуцентами – как раз то, что нужно консументам для питания и дыхания, а выделяемый консументами углекислый газ и минеральные вещества – то, что нужно продуцентам. Именно здесь виден основной принцип функционирования экосистемы: получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех веществ.
- Поток энергии в экосистемах полностью соответствует началу термодинамики. Можно говорить о системах превращения энергии из одной формы в другую, а именно энергии солнца в энергию фотосинтеза, а ее в другие формы по мере прохождения цепи. На каждом уровне часть потенциальной энергии высвобождаясь позволяет организму осуществлять жизненные функции, те работать и параллельно теряется в виде тепла. Таким образом, речь идет о потоке энергии через экосистему. Это есть 2 принципа: экосистема живет за счет не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно.
- Снижение биомассы с ростом трофического уровня. Любую популяцию живых организмов можно рассматривать как биомассу, которую каждый год увеличивается за счет разложения организмов и за счет роста и одновременно сокращается за счет их естественной гибели и потребления консументами. Если она на постоянном уровне, как это бывает в стабильной экосистеме, значит, фитофаги съедают за год не больше того, что производят продуценты. Если они могут съедать больше популяция продуцентов в конце концов исчезнет. Во-вторых, существует доля, потребляемая консументами, которая не усваивается и возвращается в экосистему в виде экскрементов. Если при этом учесть, что большая часть переваренной пищи расходуется на выработку энергии, становится понятным, почему общая масса продуцентов во много раз больше чем у травоядных животных. Тоже самое объясняется при переходе с одного трофического уровня на другой. Это объясняет 3й основной принцип устойчивости и функция: чем больше масса популяции, тем ниже должен быть заполняемый ею трофический уровень.
Источник
§ 72. Смена экосистем
Конкретный биогеоценоз не существует вечно. Рано или поздно он сменяется другим. Смены происходят под влиянием изменения среды самими живыми организмами, при смене климатических условий, в процессе эволюции жизни на Земле, под влиянием человека.
Саморазвитие и смена экосистемы. Как пример изменения среды под влиянием самих живых организмов рассмотрим заселение растительностью скальных пород. На первых стадиях заселения большое значение имеет выветривание горных пород: разрушение, частичное растворение и изменение химических свойств минералов.
Уже на самых начальных стадиях велика роль первых поселенцев: различных бактерий, водорослей, накипных лишайников. Цианобактерии, свободноживущие водоросли и водоросли в составе лишайников являются продуцентами — создателями органического вещества. Многие цианобактерии фиксируют из воздуха азот и обогащают им среду, еще малопригодную для жизни. Лишайники выделениями органических кислот растворяют скальную породу и способствуют накоплению элементов минерального питания. Бактерии и грибы разрушают органические вещества, созданные продуцентами.
Органические вещества минерализуются не полностью. Постепенно накапливается смесь из различных органических и минеральных соединений и растительных остатков, обогащенных азотом. Создаются условия для поселения мхов и кустистых лишайников. Процесс накопления органического вещества и азота ускоряется, формируется тонкая почвенная прослойка.
Образуется примитивное сообщество, способное существовать в неблагоприятной обстановке.
Первые поселенцы хорошо приспособлены к суровым условиям голых скал — они выдерживают и сушь, и жару, и мороз. Медленно, но неуклонно они изменяют среду своего обитания и тем самым создают условия для внедрения других популяций. С приходом травянистых растений (осоки, злаки, клевер, колокольчик и др.) конкуренция за воду, свет, питательные элементы ужесточается. Пионеры-поселенцы в этой борьбе вытесняются новыми пришельцами. За травами поселяются кустарники, которые скрепляют корнями образующуюся почву. Травяно-кустарниковые сообщества сменяются лесными.
В ходе длительного развития и смены экосистемы число видов живых организмов, входящих в нее, постепенно растет. Сообщество становится более сложным, его пищевая сеть все более разветвленной. Разнообразие связей между организмами увеличивается, сообщество все полнее использует ресурсы среды. Наступает этап зрелого сообщества, наиболее хорошо приспособленного к окружающим условиям и обладающего саморегуляцией. Популяции видов в зрелом сообществе хорошо воспроизводятся и не замещаются другими видами.
Описанная смена экосистем длится тысячи лет. Однако есть смены, протекающие на глазах одного поколения людей, например зарастание мелких водоемов.
Смена экосистем под влиянием человека (антропогенного фактора). Мощным фактором изменения экосистем является хозяйственная деятельность человека. Воздействие человека на природные экосистемы началось давно. Оно все время усиливалось вместе с увеличением населения Земли. В последнем столетии в связи с быстрым развитием промышленности, сельского хозяйства, ростом городов влияние человека приобрело решающее значение.
Большие изменения происходят, например, в зеленых зонах вокруг городов, которые используются для отдыха горожан. Растительность такой территории постоянно вытаптывается людьми, гуляющими по лесу, собирающими ягоды и грибы. Надземные органы растений травмируются, почва уплотняется, снижается ее способность к удержанию влаги. Все эти факторы отрицательно влияют на лесные травы, у которых корневища располагаются прямо под лесной подстилкой.
Сильное вытаптывание повреждает подрост деревьев. У кустарников и взрослых деревьев начинают сохнуть верхушки, они легко поражаются грибами и вредителями. В результате лес изреживается, осветляется (рис. 106). Создаются благоприятные условия для внедрения луговых трав, которые светолюбивы и меньше боятся вытаптывания, так как образуют дернину. Лесные травы становятся неконкурентоспособными и выпадают из травостоя.
Рис. 106. Влияние антропогенного фактора на изменение березового леса (сравните с рисунком 103)
Очень сильно изменяет луговые, степные и пустынные экосистемы интенсивный выпас скота. Животные поедают определенные виды трав, что приводит к распространению непоедаемых растений. На пастбищах разрастаются чемерица, щавель, синеголовник, полынь. Снижается обилие ценных в кормовом отношении злаков. Многие растения не успевают зацвести и дать семена. Уменьшается количество видов, упрощается сообщество. Многолетние травы замещаются однолетними растениями, корневые системы которых развиты слабее. Почва, не сдерживаемая корнями, начинает размываться потоками воды или развеваться ветром. Разрушение почвы приводит к обеднению среды питательными элементами и водой, что резко ухудшает условия жизни растений и снижает их продуктивность. Богатые разнотравные высокопродуктивные луга и степи при неумеренном выпасе превращаются в бедные пустоши.
Смена биогеоценозов под воздействием антропогенного фактора самая быстрая. Она происходит за несколько лет, а часто скачком. К таким скачкообразным сменам относятся вырубка лесов, распашка земель с созданием агроценозов, строительство водохранилищ, когда сухопутные экосистемы превращаются в водные.
Смена экосистем под влиянием абиотических факторов. Климат земного шара неоднократно менялся. При потеплении в экосистемах вследствие естественного отбора начинали преобладать более теплолюбивые виды растений, животных и микроорганизмов, при похолодании — холодоустойчивые. Периоды с малым количеством осадков характеризовались увеличением численности организмов, устойчивых к недостатку влаги. Периоды с обильными атмосферными осадками приводили к расцвету организмов с повышенными требованиями к содержанию влаги.
- Подумайте, почему на старых зданиях можно увидеть лишайники, мхи, березы.
- Какой пример смены экосистем под воздействием антропогенного фактора вы наблюдали?
- Какие меры по охране экосистем осуществляются в вашей местности?
Источник