От чего зависит устойчивость биогеоценоза. Устойчивость биогеоценоза определяется. Причины устойчивости и смены экосистем

Инструкция

Популяции живых организмов живут не изолированно, а взаимодействуют с популяциями других видов. Все вместе они образуют системы более высокого ранга – биотические сообщества или экосистемы, которые развиваются по своим законам. Элементы, составляющие экосистему (живые организмы и среда – воздух, почва, вода и т.д.), непрерывно взаимодействуют друг с другом.

Связь живых организмов с неживой природой осуществляется через обмен веществом и энергией. И энергия, и вещество постоянно нужны растениям и животным, и они получают их из окружающей среды. В то же время питательные вещества, претерпевая ряд превращений, постоянно возвращаются обратно, в окружающую среду (если бы этого не происходило, запасы вскоре бы иссякли и жизнь на Земле прекратилась). В итоге в сообществе возникает устойчивый круговорот веществ, ключевую роль в котором играют живые организмы.

Видовое разнообразие позволяет судить о составе сообщества и длительности его существования. Как правило, чем больше времени прошло с момента формирования экосистемы, тем выше ее видовое богатство, и это может считаться показателем ее устойчивости и благополучия. Если даже изменение условий жизни под действием климатических сдвигов или иных факторов приведет к исчезновению какого-то вида, эта потеря будет компенсироваться за счет других видов, близких к нему по своей экологической специализации.

При масштабных изменениях условий жизни на какой-то территории одни сообщества постепенно сменяются другими. Например, если прекратить возделывать пахотное поле на месте некогда вырубленного леса, через некоторое время на этом месте снова появится лес. Это называется закономерной экологической сукцессией, или преемственностью. Этот процесс управляется самой экосистемой и не зависит от ее географического положения или населяющих сообщество видов.

Общий расход энергии, идущий на поддержание жизни сообщества, может быть меньше прироста биомассы продуцентов или больше этого прироста. В первом случае будет происходить накопление органического вещества в экосистеме, во втором – . В обоих случаях облик сообщества будет меняться: часть видов, может быть, вымрет, но появится ряд других видов. Это будет происходить до тех пор, пока экосистема не придет к равновесному состоянию. В этом и состоит сущность экологической сукцессии.

Итак, в ходе сукцессии непрерывно сменяются виды растений и животных, повышается видовое богатство сообщества, биомасса органического вещества увеличивается, а скорость прироста биомассы снижается. Продолжительность сукцессии определяется структурой экосистемы, особенностями климата и прочими факторами, в том числе и случайными, такими как пожар, засуха, наводнение и т.д.

В основе устойчивости БГЦ лежат механизмы саморегуляции слагающих его популяций, сложившиеся на основе материально-энергетических взаимоотношений с окружающей региональной средой. Каждая популяция устанавливает в своей биоценотической среде оптимальный уровень своей численности во всех половых и возрастных группах. На этой основе между популяцией и биогеоценозом складываются наиболее оптимальные количественные материально-энергетические соотношения. Взаимосвязь и взаимодействие всех популяций между собой и средой обитания является условием развития вида и устойчивого существования БГЦ как сиетемы.(Пример: система популяция-биогеоценоз)

Устойчивость биогеоценоза – это его качественная определенность - как элементарной ячейки биогеосферы. Устойчивый БГЦ обладает относительным постоянством структуры и возможностями обмена веществом и энергией с соседними БГЦ. В нем существует эволюционно сложившееся взаимодействие факторов, стремящихся поддержать относительно устойчивое состояние в данное время. Такое состояние называют БГЦ гомеостазом.

Динамика биогеоценоза. Все биогеоценозы, несмотря на относительную устойчивость и стабильность испытывают большие или меньшие перестройки в своей структуре и метаболизме,что приводит к качественным и количественным изменениям. По В.Н.Сукачеву(1964) они могут быть циклическими(периодическими): суточные, сезонные, многолетние и т.п. и сукцессионными. Динамика - это изменчивость БГЦ, возникающая в результате накопления количественных изменений в его составе, структуре и функциональной организации.

Циклические изменения обратимы и не изменяют качественную специфику данного биогеоценоза. В отличие от этого сукцессионные изменения представляют собой процессы качественной смены одних биогеоценозов другими. Такие смены могут быть двух категорий:

Вторая категория – биогеоценогенез - процесс формирования биогеоценозов, смены их во времени и развития биогеоценотического покрова на той или иной территории (Сукачев). Он включает два взаимосвязанных этапа: 1. - сингенез, 2. –эндогенез.

Сингенез - это процесс формирования биогеоценозов на лишенных жизни участках Земли. По Ф.Клементсу (1936) сингенез проходит три стадии: миграция, эцезис, конкуренция, по В.Н.Сукачеву только две: миграция и эцезис. При этом по В.Н.Сукачеву стадии миграции и эцезиса проходят на каждом этапе заселения.

Пример, схема И.В.Стебаева касается формирования БГЦ на твердых скальных породах.

Произошло обрушение горных пород после землетрясения. В результате обвала образовались обширные склоны в виде каменистых россыпей из твердых скальных пород, совершенно лишенные растительности.

Первыми заселяют эти россыпи корковые и листоватые лишайники. Вместе с ними поселяется и гетеротрофная микрофлора. На этом этапе заселения твердых скальных пород различаются стадии и миграции, и эцезиса.

Для фазы миграции характерно увеличение видового разнообразия, ценокомплекс размещен мозаично.

На фазе эцезиса происходит слияние раздельных пятен лишайников в сплошной ковер, увеличивается количество сопутствующих видов - панцирных клещей, ногохвосток и других низших насекомых.

Затем наступает этап развития литофильных мхов. На этом этапе заселение мхами происходит также в две фазы - миграции и эцезиса. Аналогично этим этапам происходит смена литофильных мхов зелеными гипновыми мхами, а также смена гипновых мхов высшими сосудистыми растениями. На каждом этапе проходят обе стадии сингенеза-миграции и эцезиса. На последних двух стадиях данное местообитание заселяют высшие насекомые и дождевые черви, а также трофически связанные с ними группы хищников,

В ходе развития этих стадий происходит все большее разрушение поверхности горной породы, увеличивается мощность рыхлого субстрата. Идет обогащение мелкозема гумусом и минеральными веществами, постепенное превращение его в почвы. Формируются маломощные, малоразвитые почвенные покровы.

С развитием почвы идет усложнение структурно-функциональной организации БГЦ - слоя, его дифференциация по элементам морфологической и трофической структуры и в конченом итоге, становление биогеоценотической системы.

По иному происходит сингенез на рыхлых субстратах. Здесь отсутствует стадия из примитивных лишайников и моховых сообществ, связанных с биологическим разложением скальных пород и формированием примитивного почвенного слоя. Процесс сингенеза с начала до конца идет на базе высших сосудистых растений и соответствующих сопутствующих представителей животного и микробного населения. Интересную схему сингенеза представил Б А,Быков (1970). В этой схеме различаются три стадии:

1. Проценоз - колония. Заселение пространства инициальными видами высших сосудистых растений, обычно относящихся к одной экобиоморфе. Поселения растений разобщены, между ними отсутствуют взаимодействия и взаимовлияния, воздействие на среду слабое.

2. Проценоз - группировка. Идет формирование растительных сообществ с помощью нескольких взаимодействующих популяций, относящихся к одной или двум экобиоморфам. Среда обитания подвергается заметному изменению.

3. Гиперценоз. Образуются фитоценотипы – доминанты, субдоминанты, сопутствующие виды. Растет популяционно – видовое разнообразие,формируется структура и внешний облик фитоценоза.

Этот процесс завершается становлением относительно стабильного сообщества, обладающего свойственным ему составом живых и косных компонентов, структурно-функциолнальной организацией, сложной системой разносторонних связей и механизмов саморегуляции.

Более проще выраженная схема сингенеза дана А. П. Шенниковым (1964).

1. Экотопическая группировка растений раздельного сложения

2. Открытый фитоценоз раздельно-зарослевого сложения

3. Сомкнутый фитоценоз относительно диффузного строения Практически это то же самое, что и схема Быкова, но по другому названная.

Биогеоценоз - биоценоз, который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и в свою очередь изменяющимися под его воздействием. Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

Экосистема - группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

Каждый биогеоценоз - это экосистема, но не каждая экосистема - биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы:климат, почва) . Биотоп - это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп - это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

Свойства биогеоценоза

естественная, исторически сложившаяся система

система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне

характерен круговорот веществ

открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой - Солнце

Основные показатели биогеоценоза

Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.

Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:

биомассу продуцентов

биомассу консументов

биомассу редуцентов

Механизмы устойчивости биогеоценозов

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.

богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.

многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.

средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.

направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые - меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение

Энергетика или продуктивность биогеоценоза

Понятие о трофической цепи

Синтез первичного органического вещества

Согласно второму началу термодинамики, всœе виды энергии в конечном счете превращаются в тепловую и рассеиваются. Пер­вичное органическое вещество образуется в основном зелœеными растениями, в процессе фотосинтеза, эта реакция идет против термодинамического градиента͵ ᴛ.ᴇ. идет накопление энергии в органическом веществе за счет преобразования энергии фотонов в энергию химических связей. В год растения запасают энергию 20,9 х 10 22 кДж. Вместе с тем, синтез органического вещества может осуществляться бактериями.

Трофическая цепь - образуется в биогеоценозе при последова­тельной передаче вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов другим. Т.к. растения строят свой организм без по­средников, то их называют автотрофами, а т.к. они к тому же соз­дают первичное органическое вещество, то их еще называют про­дуцентами.

Схема простой пищевой цепи в биогеоценозе.

Организмы, не способные строить свое вещество из минœераль­ных компонентов вынуждены для этого использовать созданное автотрофами, называются гетеротрофами или консументами. Раз­личают консументы первого, второго порядка и т.д. Короткие трофические цепи - осша-заяц-лиса. Сложная взаимосвязь между общими звеньями разных трофических цепей образует трофиче­скую сеть.

В процессе питания на всœех этапах трофической сети появляются отходы, которые частично или полностью заменяются реду­центами. Это бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоноч­ные и т.д., которые в процессе своей жизнедеятельности разлага­ют органические остатки всœех трофических уровней до минœераль­ных веществ.

В экологической системе идет непрерывный поток энергии от одного пищевого уровня к другому. На каждом этапе часть энергии рассеивается (теряется) и компенсируется ее поступлением от Солнца. Продуктивность экосистемы определяется некоторой единицей времени (скорость образования биомассы).

Различают первичную продуктивность (продуктивность про­дуцентов) и вторичную (продуктивность консументов).

Первичная продуктивность не превышает 0,5%, вторичная еще гораздо меньше. При передаче энергии от одного звена к другому теряется до 99%.

Для того, чтобы биогеоценоз или естественная экосистема на­ходилась в состоянии биостата крайне важно:

1. Сбалансированность потоков вещества и энергии и процес­сов обмена веществ между организмом и окружающей средой.

2. Наличие биотического круговорота͵ обеспечивающегося ме­ханизмами обратной связи

3. Наличие видового разнообразия в экосистемах, и как следст­вие, стабильность экосистем определяется числом связей между видами трофической пирамиды.

Экологическая система

Сущность понятий экосистема, биогеоценоз

В биологии используются три близких по значению понятия:

1. Биогеоценоз (греч. «биос» - жизнь, «гео» - земля, «ценос» - общий) - структурная и функциональная элементарная единица биосферы. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Например, озеро, сосновый лес, горная долина (Рис.8.1). Учение о биогеоценозе разработано академиком Владимиром Сукачёвым (Рис.8.10) в 1940 году.
2. Биогеоценоз - биоценоз , который рассматривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и в свою очередь изменяющимися под его воздействием. Биоценоз имеет синоним сообщество , ему также близко понятие экосистема .
3. Экосистема - группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

Каждый биогеоценоз - это экосистема, но не каждая экосистема - биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп (факторы неживой природы: климат, почва). Биотоп - это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп - это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.Экотоп также состоит из климата (климатопа) во всех многооразных его проявлениях и геологической среды (почв и грунтов), называемой эдафотопом. Эдафотоп - это то, откуда биоценоз черпает средства для существования и куда выделяет продукты жизнедеятельности.

Свойства биогеоценоза:

• естественная, исторически сложившаяся система;
• система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определенном постоянном уровне;
• характерен круговорот веществ;
• открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой - Солнце.

Рис.8.1 Биоценоз тропического леса

Рис.8.1а Биоценоз пруда

Основные показатели биогеоценоза:

• Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.
• Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависит от исследуемого участка.

• Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на (Рис.8.2):

· биомассу продуцентов;

· биомассу консументов;

· биомассу редуцентов

Рис.8.2 Понятие консументы и продуценты

Механизмы устойчивости биогеоценозов

Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определенном стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ и энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами:

• достаточность жизненного пространства, то есть такой объем или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.
• богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ.
• многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений.
• средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ.
• направление антропогенного воздействия.

Таким образом, механизмы обеспечивают существование неменяющихся биогеоценозов, которые называются стабильными. Стабильный биогеоценоз, существующий длительное время, называется климаксическим. Стабильных биогеоценозов в природе мало, чаще встречаются устойчивые - меняющиеся биогеоценозы, но способные, благодаря саморегуляции, приходить в первоначальное, исходное положение.