Гомеостаз экосистемы. Экологические сукцессии. Виды природных и антропогенных сукцессий. Понятия климакса, устойчивости и изменчивости экосистем

Популяции в экосистеме

Оценивая темпы роста численности популяции, можно выделить два класса жизненных стратегий: k-стратегию и r-стратегию.

r-стратегия роста популяции определяется высокими энергетическими затратами на размножение.

k-стратегия определяется высокими энергетическими затратами на поддержание жизнедеятельности взрослых организмов.

Первые две стадии сукцессии характеризуются r-стратегией (пример – трава быстро появляется и быстро гибнет). k-стратегия – деревья, крупные особи.

Рис.

Динамика развития популяций

Рис. Устойчивое развитие популяции

1-й участок N_рожд > N_умерш;

2-ой участок N_рожд ≈ N_умерш, N ~ const.

Рис. Неустойчивое развитие

1-й участок N_рожд > N_умерш, N↑;

2-ой участок N_рожд < N_умерш, N↓.

Рис. Один из реальных вариантов становления устойчивого состояния

1-й участок N_рожд > N_умерш, N↑;

2-ой участок N_рожд < N_умерш, N↓;

уменьшение численности популяции приводит к возобновлению запасов пищи, к восстановлению всех необходимых для жизни параметров ОС, и тогда возможен 3-й участок;

3-й участок N_рожд ≈ N_умерш, N ~ const.

Сукцессия (successio – преемственность).

Экологическая сукцессия – это последовательная смена биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории под воздействием природных и антропогенных факторов.

Последовательные сообщества, сменяющие друг друга на данной территории, называются серией или стадией.

Первичная сукцессия начинается на незанятой территории – не имеющей жизни (после землетрясений, извержений вулканов, пожаров).

Вторичная сукцессия развивается на территориях, которые ранее были заняты другими экологическими системами (примеры – вырубка леса, запруда, водохранелище).

Рис.

Стадии 1 – 2 – несбалансированные.

П – первичное органическое вещество (вещество образуется в ходе реакций фотосинтеза);

Д – процессы дыхания (дыхание обеспечивает метаболизм).

Для стадии 1 – 2: П/Д > 1 (производят больше, чем потребляют), быстрое увеличение и накопление массы m↑.

Стадии 1 и 2 называются автотрофными.

Конечная стадия (6-я) – гетеротрофная: П/Д < 1 (всё перерабатывается в неорганические соединения), масса живого вещества уменьшается m↓.

Стадии 4 – 5 - наиболее сбалансированные стадии: П/Д ~ 1, m → const. Такое состояние называется климаксом (klimax – лестница (зрелая ступень)). Потери энергии сведены к минимуму, органического вещества производится столько, сколько нужно. Структура сообщества характеризуется наибольшим разнообразием (условие устойчивости). Усложняются и удлиняются жизненные циклы всех компонентов экологической системы. В экосистеме присутствует максимально большое количество симбиозов.

Как результат: максимальная стабильность системы, резистентная стабильность – способность системы сопротивляться внешним воздействиям, поддерживая неизменными свою структуру и функции. В отличие от другой устойчивости, когда система быстро разрушается под внешним воздействием, но и быстро восстанавливается.

Экологическая сукцессия происходит в определённый отрезок времени, в который происходит изменение видовой структуры сообщества и абиотической среды его существования вплоть до кульминации его развития – возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизированную экосистему называют климаксом. В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество симбиотических связей между организмами. Однако к этому состоянию система проходит ряд стадий развития, первые из которых часто называют стадией первых поселенцев.

Стабильность сообщества может быть длительной лишь в том случае, если изменения среды, вызванные одними организмами, точно компенсируются деятельностью других, с противоположными экологическими требованиями. Это условие нарушается при нарушении круговорота веществ и тогда часть популяций, которые не могут выдержать конкуренцию, вытесняются другими, для которых эти условия благоприятны и гомеостаз восстанавливается.

Первичная сукцессия.

Первыми, как правило, на свободное пространство начинают внедряться растения посредством перенесённых ветром спор и семян, либо за счёт вегетативных органов оставшихся по соседству растений. В качестве примера первичной сукцессии обычно приводят зарастание еловым лесом новых территорий на севере нашей страны.

Ельник – это уже последняя климаксная стадия развития экосистемы в климатических условиях севера, т.е. уже коренной биоценоз.вначале же здесь развиваются березняки, ольховники, осинники, под пологом которых растут ели. Постепенно они перерастают берёзу и вытесняют её, захватывая пространство (рис.). Семена обеих древесных пород легко переносятся ветром, но если даже они прорастут одновременно, берёза растёт намного быстрее – к шести – десяти годам ель едва достигает 50 – 60 см, а берёза – восьми – десяти метров. Под уже сомкнутыми кронами берёз возникает уже свой микроклимат, обилие опада листьев способствует формированию особых почв, поселяются многие животные, разнообразный травянистый покров, создаются консорции берёзы с окружающей средой. А ель продолжает расти в столь благоприятной обстановке, и, наконец, берёза не выдерживает конкуренции с ней за пространство и свет и вытесняется елью.

Рис.

Классическим примером природной сукцессии является «старение» озёрных экосистем – эвтрофикация. Она выражается в зарастании озёр растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания – от начальных – дальние от берега до достигнутых у берега. Эти стадии показаны и описаны на рис. В конечном итоге озеро превращается в торфяное болото, представляющее устойчивую экосистему климаксного типа. Но и она не вечна – на её месте постепенно может возникнуть лесная экосистема уже благодаря наземной сукцессионной серии в соответствии с климатическими условиями местности.

Рис.

Эвтрофикация водоёмов в значительной степени определяется привносом извне биогенных элементов. В природных условиях биогены сносятся с площади водосбора. Такая эвтрофикация имеет черты первичной прогрессивной сукцессии.

Вторичная сукцессия.

Описанная выше смена растительности при формировании ельника чаще происходит в результате вторичной сукцессии, возникающей на вырубках ранее существовавшего леса (ельника). Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150 – 250 лет, а первичная длится 1000 лет.

Вторичная, антропогенная сукцессия проявляется также и в эвтрофикации. Бурное «цветение» водоёмов, особенно искусственных водохранилищ, есть результат их обогащения биогенами, обусловленное деятельностью человека. «Пусковым механизмом» процесса обычно является обильное поступление фосфора, реже- азота, иногда углерода и кремния. Ключевую роль обычно играет фосфор.

При поступлении биогенов резко возрастает продуктивность водоёмов за счёт роста водорослей и, прежде всего, синезелёных – цианей, из царства дробянок.

Дата добавления: 2014-01-04