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

1) 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.

2) 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.

3) 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.

Устойчивость экосистемы

Основой равновесия является равновесие популяций.

Популяцией называется группа особей скрещивающихся друг с другом и таким образом размножающихся. Стабильность популяции означает, что рождаемость в ней уравновешивается смертью. Другим фактором ведущим к росту популяции является способность животных мигрировать, а семян рассеиваться в подходящем для жизни месте на новых территориях. Наличие у популяций защитных механизмов – следующий фактор и устойчивость их к неблагоприятным условиям среды и болезням.

Совокупность всех этих факторов называется биотическим потенциалом. При благоприятных условиях среды биотический потенциал достаточен для стремительного увеличения численности популяции, так называемый популяционный взрыв. В естественных условиях такое бывает редко. Обычно один или несколько абиотических факторов (температура, кислотность, влажность) или биотических (присутствие хищников, нехватки пищи), становится лимитирующим. Сочетание таких лимитирующих факторов называется сопротивление среды. Таким образом, изменение популяции какого-либо вида – результат нарушения равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением среды. Устойчивость экосистем в целом определяется равновесием биотического потенциала и сопротивления среды Равновесие в природных системах поддерживается в пределах некоторого диапазона, т.е. фактор сопротивления среды зависит от плотности популяции. Если плотность растет, сопротивление среды усиливается, в связи с этим увеличивается смертность и рост численности прекращается или даже сменяется ее спадом, и наоборот.

Рассмотрим на примере хищник-жертва. Когда численность жертвы невысокая, пищи и удобных укрытий достаточно, численность популяции начинает расти, не смотря на присутствие хищника. С ростом популяции жертвы улучшаются условия для хищника и его численность растет. Вскоре популяция жертвы начинает испытывать сопротивление среды (нехватка пищи, множество хищников) и их численность начинает уменьшаться. Выживают только сильные особи жертвы. Шансы их поймать у хищников снижаются. Они испытывают недостаток пищи, и численность хищников уменьшается, начинается рост популяции жертвы и процесс продолжается и т.д. То же самое в равновесии продуцент – фитофаг.

Воздействие человека на природу нередко приводит к вымиранию популяции, тк сила воздействия не зависит от их плотности. Разрушение человеком экосистем, изменение мест обитания, загрязнение среды и чрезмерная эксплуатация ресурсов одинаково влияют на популяцию как с низкой, так и с высокой плотностью.

Например. В Австралию в 1980-х годах завезли кроликов для спортивной охоты. После дождей выросло много травы, что вызвало рост популяции кроликов, которые и уничтожили всю траву и посевы. Местных хищников для кроликов нет.

Изменение экосистем

Естественные экосистемы существуют длительное время и обладают определенной стабильностью, но любая экосистема испытывает медленное, но постоянное изменение во времени. Постоянно происходит вытеснение одних видов другими – субцессия.

Вторичная субцессия – процесс восстановления экосистемы, когда-то существовавшей на этой территории. Например, если поле на месте вырубленного здесь леса перестать обрабатывать, то обычно за несколько стадий здесь вновь сформируется лесная экосистема типичная для данного района.

Как для первичной, так и для вторичной субсцессии необходимы семена и споры растений, а так же животные, которые могут заселить экосистему. Для вторичной субсцессии необходимо, чтобы с самого начала был плодородный слой почвы. Если он уничтожен, то субсцессия пойдет по пути первичной. Субсцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы, размножаясь, сохраняют относительную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называют климаксом, а экосистему климаксовой.

В различных абиотических условиях формируются различные климаксовые экосистемы. В жарком климате – пустыни и т.д. Насколько быстро меняются экосистемы (за годы или 1000-летия), зависит от степени сдвига равновесия. При субсцессиях изменение происходит медленно и постепенно, однако возможны и внезапные резкие изменения, вызывающие популяционный взрыв некоторых видов за счет гибели большинства других. В таких случаях говорят об экологическом нарушении. Оно возможно, например, при вторжении в экосистему новых видов (про кроликов, сброс в воду нечистот – вызывает бурный рост водорослей). Наконец, изменения могут быть столь резкими, что не один компонент экосистемы не сохраняется – говорит о ее гибели. На освобождающемся месте впоследствии могут поселиться другие виды, которые способны выдержать новые условия, они начинают новую субсцессию. Важно отметить, если не считать извержения вулканов, землетрясения, то все изменения экосистем протекают постепенно по типу субсцессии. Тогда как вмешательство человека бывает резким, приводящим к гибели экосистемы.

Экосистемы человека

Формирование и развитие

Первобытные люди жили мелкими племенами охотников – собирателей, охотясь на животных и собирая различную пищу, и покидали территорию по мере истощения пищи. Такие охотники-собиратели ничем не отличались от других всеядных консументов естественных экосистем. Однако примерно 10000 лет назад произошло важное событие – появилось сельское хозяйство. Люди стали создавать свою собственную экосистему, отличную от естественной. У человека появилась возможность обеспечивать себя пищей, человек научился производить продовольствие, бороться с хищниками, строить жилище. Таким образом, избавление от природных лимитирующих факторов (пища, вода, хищники) позволило человеческой экосистеме вырасти и распространиться по всей земле. Этот процесс продолжается до сих пор.

Сейчас наша экосистема находится на стадии быстрого роста, но мы не в состоянии изменить закон лимитирующих факторов и избежать его воздействия. Когда запасы воды, почвы истощаться, неизбежно возникнут социальные войны, голод, разрушение цивилизации. Земля снова станет необитаема.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: