Целостность и устойчивость экосистем – .

Рекомендуемые страницы:

lektsia.com

Стабильность и устойчивость экосистем

Термины

Более целесообразно, однако, разграничивать эти термины, понимая под «стабильностью» данное выше определение, а под «устойчивостью» — способность экосистемы возвращаться в исход-нос (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов, выводящих ее из равновесия. Кроме этого, для более полной характеристики реакции экосистем на внешние факторы целесообразно пользоваться в дополнение к названным еще двумя терминами: «упругость» и «пластичность».

Упругая система способна воспринимать значительные воздействия, не изменяя существенно своей структуры и свойств. Вместе с тем при определенных (запороговых) воздействиях такая система обычно разрушается или переходит в повое качество.

Пластичная система более чувствительна к воздействиям, но она под их влиянием как бы «прогибается» и затем относительно быстро возвращается в исходное или близкое к исходному состояние при прекращении или уменьшении силы воздействия.

Примером упругих экосистем являются климаксные (например, хвойные леса в лесной зоне, коренные тундровые сообщества, типчаково-ковыльные степи и т. п.). Пластичными экосистемами для лесной зоны являются лиственные леса как промежуточные стадии сукцессии. Они, например, выносят в несколько раз больше рекреационных (связанных с посещением населения) и других (пастьба скота, разной) рода загрязнения) нагрузок, чем климаксные экосистемы, в которых эдификаторами выступают хвойные виды.

При рассмотрении стабильности и устойчивости как синонимов, обычно считается, что эти качества тем значительнее, чем разнообразнее экосистемы. Данное положение является настолько универсальным, что формулируется как закон: разнообразие — синоним устойчивости (автор Эшби). С этой точки зрения тундровые и пустынные экосистемы рассматриваются как малоустойчивые (нестабильные), а тропические леса, максимально богатые по видовому составу, — как самые устойчивые (стабильные).

Для экосистем с низкой устойчивостью характерны вспышки численности отдельных видов. Последнее связывается с тем, что в маловидовых экосистемах слабо проявляются силы, уравновешивающие численность различных видов (конкуренция, хищничество, паразитизм). Так, для тундровых экосистем типичны периодические резкие увеличения численности мелких грызунов -леммингов. В качестве результата низкой устойчивости этих экосистем рассматривается легкое разрушение их под влиянием внешних воздействий (перевыпаса, технических нагрузок и т. п.). Так, колеи, образующиеся после прохода тяжелой техники (тракторов, вездеходов), сохраняются десятилетиями.

С этих же позиций к неустойчивым и низкостабильным относят агросистемы, создаваемые человеком и представленные обычно одним преобладающим видом растений, интересующим человека. С этой же точки зрения как неустойчивые и нестабильные следует рассматривать сосновые леса на бедных песчаных или щебнистых почвах. Их древесный ярус представлю в таких условиях одним видом (сосной), беден в них и напочвенный (травяной, моховой) покров.

Однако если экосистемы, приведенные выше в качестве примеров, рассматривать с позиций названных выше различий устойчивости и стабильности, то они попадают в разные категории.

Устойчивость, стабильность и другие параметры экосистем зависят часто не столько от структуры самих сообществ (например, их разнообразия), сколько от биолого-экологических свойств видов — эдификаторов и доминантов, слагающих эти сообщества.

Так, высокая стабильность и значительная устойчивость присущи сосновым лесам на бедных песчаных почвах, несмотря на малое видовое разнообразие этих экосистем. Это связано, во-первых, с тем, что сосна довольно пластична, и поэтому на изменение условий, например уплотнение почв, она реагирует снижением продуктивности и редко — распадом экосистемы. Однако и в последнем случае, в силу бедности субстрата питательными веществами и влагой, ее молодое поколение не встречает серьезной конкуренции со стороны других видов, и экосистема довольно быстро вновь восстанавливается в том же виде эдафического (почвенного) климакса.

Иные параметры устойчивости и стабильности характерны для сосняков на богатых почвах, где они могут сменяться еловыми лесами, обладающими более сильными эдификаторными свойствами. Здесь, несмотря на значительное разнообразие (по видовому составу, ярусности, трофической структуре и т. п.), экосистемы сосновых лесов характеризуются низкой стабильностью и низкой устойчивостью. Сосна в данном случае выступает как промежуточная стадия сукцессионного ряда. Ей удается занимать и удерживать какое-то время такие местообитания только в силу каких-то необычных обстоятельств. Например, после пожаров, когда уничтожаются более сильные конкуренты (ель, лиственные древесные породы).

studfiles.net

Продуктивность экосистем. Понятие о сукцессиях. Целостность и устойчивость экосистем.

Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накапливается в виде органических соединений. Безостановочное производство биомассы (живой материи) — один из фундаментальных процессов биосферы. Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют первичной продукцией экосистемы (сообщества). Количественно ее выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах —эквивалентном числе ккалорий или джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а следовательно, и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме

Сукцессия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества, биогеоценоза и т. д. ) другим на определённом участке среды во времени. Первичные сукцессии начинаются на лишенных жизни местах — на скалах, песчаных дюнах, наносах рек, застывших лавовых потоках и т. п. При заселении подобных участков такие неприхотливые к условиям среды живые организмы, как бактерии, циано — бактерии, некоторые водоросли, накипные лишайники, необратимо изменяют свое местообитание и постоянно сменяют друг друга. Основная роль в этом процессе принадлежит накоплению отмерших растительных остатков или продуктов их разложения. Многие нитчатые цианобактерии поглощают из воздуха азот и обогащают им среду, еще малопригодную для жизни. Лишайники играют существенную роль в почвообразовательном процессе, так как, выделяя органические кислоты, они растворяют и разрушают горные породы, на которых поселяются, а за счет разложения их слоевищ происходит формирование почвенного гумуса. Бактерии путем расщепления органических веществ гумуса способствуют накоплению элементов минерального питания. Постепенно формируется почва, изменяется гидрологический режим участка, его микроклимат. Таким образом, лишайники и другие прокариоты и эукариоты создают условия для других, более совершенных организмов, в том числе высших растений и животных. Такая смена экосистемы длится тысячи лет.

Вторичные сукцессии развиваются на месте сформировавшихся экосистем после их нарушения в результате эрозии, вулканических извержений, пожаров, засухи и т. п. В таких местах обычно сохраняются богатые жизненные ресурсы, что влечет за собой довольно быструю сукцессию восстановительного типа. Иногда подобные смены протекают на глазах одного поколения людей (зарастание водоемов, восстановление лугов после пожара или лесов после их вырубки и др. ). Целостность. Потоки вещества и энергии обеспечивают целостность экосистемы – взаимосвязь ее организмов друг с другом и с природной средой. Устойчивость экосистем. Природные экосистемы способны к длительному существованию. Даже при значительных колебаниях внешних факторов внутренние параметры сохраняют стабильность. Устойчивость экосистем падает с обеднением видового состава. Самые устойчивые – богатые жизнью тропические леса (свыше 8000 видов растений), достаточно устойчивы леса умеренной полосы (2000 видов), менее устойчивы тундровые биоценозы (500 видов), мало устойчивы экосистемы океанических островов. Еще менее устойчивы фруктовые сады, а посевные поля без поддержки человека вообще не могут существовать, они быстро зарастают сорняками и уничтожаются вредителями.

Билет№18

Учение В. И. Вернадского о биосфере и ноосфере. Понятие о биосфере и ноосфере.

Ноосфе́ра (греч. νόος — «разум» и σφαῖρα — «шар») — сфера взаимодействия общества и природы, в границах которой разумная человеческая деятельность становится определяющим фактором развития (эта сфера обозначается также терминами «антропосфера», «биосфера», «биотехносфера»).

Ноосфера — предположительно новая, высшая стадия эволюции биосферы, становление которой связано с развитием общества, оказывающего глубокое воздействие на природные процессы. Согласно В. И. Вернадскому, «в биосфере существует великая геологическая, быть может, космическая сила, планетное действие которой обычно не принимается во внимание в представлениях о космосе… Эта сила есть разум человека, устремленная и организованная воля его как существа общественного». Ноосферу можно охарактеризовать как единство «природы» и «культуры». Сам Вернадский говорил о ней то как о реальности будущего, то как о действительности наших дней, что неудивительно, поскольку он мыслил масштабами геологического времени. «Биосфера не раз переходила в новое эволюционное состояние… — отмечает В. И. Вернадский. — Это переживаем мы и сейчас, за последние 10—20 тысяч лет, когда человек, выработав в социальной среде научную мысль, создаёт в биосфере новую геологическую силу, в ней не бывалую. Биосфера перешла или, вернее, переходит в новое эволюционное состояние — в ноосферу — перерабатывается научной мыслью социального человека» («Научная мысль как планетное явление»). Таким образом, понятие «ноосфера» предстаёт в двух аспектах:

ноосфера в стадии становления, развивающаяся стихийно с момента появления человека;

ноосфера развитая, сознательно формируемая совместными усилиями людей в интересах всестороннего развития всего человечества и каждого отдельного человека

Биосфе́ра (от др. — греч. βιος — жизнь и σφαῖρα — сфера, шар) — оболочка Земли, заселённая живыми организмами, находящаяся под их воздействием и занятая продуктами их жизнедеятельности; «пленка жизни»; глобальная экосистема Земли. Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера сформировалась 500 млн. лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяет экосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой. Целостное учение о биосфере создал биогеохимик и философ В. И. Вернадский. Он впервые отвёл живым организмам роль главнейшей преобразующей силы планеты Земля, учитывая их деятельность не только в настоящее время, но и в прошлом. Существует и другое, более широкое определение: Биосфера — область распространения жизни на космическом теле. При том что существование жизни на других космических объектах, помимо Земли пока неизвестно, считается что биосфера может распространяться на них в более скрытых областях, например, в литосферных полостях или в подлёдных океанах. Так, например, рассматривается возможность существования жизни в океане спутника Юпитера Европы.

Билет№19

Основные биогеохимические законы В. И. Вернадского.

В. И. Вернадский вывел два фундаментальных закона (сам он назвал их «принципами») развития биосферы.

Первый биогеохимический закон — биогенная миграция химических элементов в биосфере стремится к своему максимальному проявлению. Анализ геологических данных показывает, что распространение жизни, живых существ (давление жизни) неуклонно нарастает. Живые организмы способны занимать самые различные экологические ниши, сохраняться в самых неблагоприятных условиях (в горячих и серных источниках, на дне океанов, на ледниках). Это дало основание говорить о «всюдности» жизни (термин Вернадского).

Второй биохимический закон — эволюция видов, приводящая к созданию форм жизни, устойчивых в биосфере, должна идти в направлении, увеличивающем проявление биогенной миграции атомов в биосфере. Согласно этому закону, в биосфере право на жизнь получают только виды, необходимые самой биосфере для выполнения определённых функций и усиления тем самым биогенной миграции химических элементов.

По законам Вернадского, биосфера на определённой стадии своего развития преобразуется в сферу разума — ноосферу.

Билет№20

Читайте также:

lektsia.info

классификация, причины, механизмы, масштабы. Стабильность и устойчивость экосистем.

Экосис-мы, приспосабливаясь к изменениям внешней ср, находятся в состоянии дина­мики,кот может относиться как к отдельным звеньям экосистем, так и к с-ме в целом. Дина­мика связана с адаптациями к внешним факто­рами и к факторам, которые создает и сама экосистема. Суточный тип динамики связан с изменениями в фотосинтезе и испарении воды растениями, с поведением животных. Перио­дически повторяющаяся динамика – цикличе­ские изменения, или флуктуации, а направлен­ная динамика – поступательная, развитие экосистем. Сукцессия – смена биоценозов и экосистем в целом. Сукцессия –Несезонная, направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в неком местообитании1.Первичная сукц – развитие происходит на безжизненном субстрате (заброшенные песча­ные карьеры). Сукцессионные ряды заканчи­ваются относительно мало изменяющимися экосистемами. Их называют климаксными Прежде чем сформируется климаксное сооб­щество (экосистема), ему предшествует ряд промежуточных стадий. В одном и том же районе может сформироваться несколько завершающих экосистем (теория поликли­макса). Напр, в лесной зоне в качестве кли­максных рассматривают луговые экосистемы. Сторонники теории моноклимакса (одно сооб­щество) считают, что луга в лесной зоне долго существуют только в рез-те их использования (скашивания). При прекращении существующая экосистема создает неблагоприятные усл для обитающих. На смену им придут лесные сооб­щества. Сукцессионные смены связывают с истощением почвы и вымиранием в ней орга­низмов (почвоутомление). Вместе с прир фак­торами причиной динамики экосистем высту­пает чел. Антропогенные возд-вия ведут к упрощению экосистем. 2. Вторичные сукц начинаются не с нулевых значений, а возни­кают на месте разрушенных или нарушенных экосистем (после вырубок лесов, пожаров). Протекают быстрее первичных, тк начинаются с промежуточных стадий (трав, кустарников) на фоне более богатых почв.3. Гетеротрофные происходят при наличии большого кол-ва орг в-ва. 4. С участием гетеро- и автотрофов— встре­чается наиболее часто. Изменения в экос-ме во время сукцессий:1.В процессе сукцессий видо­вой состав сообщест непрерывно меняется.2. Сукцессионные изменения сопровождаются повышением видового разнооб-зия ор-мов. увеличивается биомасса орг.в-ва. 3. Происхо­дит снижение чистой продукции и повышение интенсивности дыхания.Специфические зако­номерности сукцессии заключаются в том, что каждой из них присущ тот набор видов, кот хар-рен для данного региона, наиболее приспо­соблены к той или иной стадии развития сук­цессионного ряда. Причины сукцессии: сукцес­сионные смены связывают с тем, что сущест­вующая экосистема создает неблагоприятные усл для наполняющих ее орг-мов. Также при­чиной яв. чел.Динамика: просходят хаотиче­ские измене­ния – связана с д-тью чел и цикли­чесике(периодические) изменения- суточные. приливно-отливные, сезонная.. Условие устой­чивости экосистем и биосферы. Стабильность- способность экосистем сохранять свою стр-ру и функциональные св-ва при воздействии внеш­них факторов. Устойчивость –спос-ть экоси­стемы возвращаться в исходное состоянию после воздействия факторов, выводящих ее из равновесия. Упругая с-ма способна восприни­мать значительные воздействия, не изменяя существенно своей структуры и св-в. Пластич­ная более чувст-на к воздействиям, но быстр­возвращается в исходное состояние при пре­кращении воздействия(лиственные леса). Устойчивость, стабильность и другие параметры экосистем зависят часто не столько от структуры самих сообществ (например, их разнообразия), сколько от биолого-экологических свойств видов эдификаторов и доминантов, слагающих эти сообщества.

studfiles.net

IV.8. Стабильность и устойчивость экосистем

Термины «стабильность» и «устойчивость» в экологии обычно рассматриваются как синонимы, и под ними понимается способ­ность экосистем сохранять свою структуру и функциональные свой­ства при воздействии внешних факторов.

Более целесообразно, однако, разграничивать эти термины, по­нимая под «стабильностью» данное выше определение, а под «ус­тойчивостью» — способность экосистемы возвращаться в исход­ное (или близкое к нему) состояние после воздействия факторов, выводящих ее из равновесия. Кроме этого, для более полной ха­рактеристики реакции экосистем на внешние факторы целесооб­разно пользоваться в дополнение к названным еще двумя термина­ми: «упругость» и «пластичность».

Упругая система способна воспринимать значительные воздей­ствия, не изменяя существенно своей структуры и свойств. Вмес­те с тем при определенных (запороговых) воздействиях такая сис­тема обычно разрушается или переходит в новое качество.

Пластичная системаболее чувствительна к воздействиям, но она под их влиянием как бы «прогибается» и затем относительно быстро возвращается в исходное или близкое к исходному состоя­ние при прекращении или уменьшении силы воздействия.

Примером упругих экосистем являются климаксные (например, хвойные леса в лесной зоне, коренные тундровые сообщества, типчаково-ковыльные степи и т. п.). Пластичными экосистемами для лесной зоны являются лиственные леса как промежуточные ста­дии сукцессий. Они, например, выносят в несколько раз больше рекреационных (связанных с посещением населения) и других (па­стьба скота, разного рода загрязнения) нагрузок, чем климаксные экосистемы, в которых эдификаторами выступают хвойные виды.

При рассмотрении стабильности и устойчивости как синонимов, обычно считается, что эти качества тем значительнее, чем разно­образнее экосистемы. Данное положение является настолько уни­версальным, что формулируется как закон: разнообразие — сино­ним устойчивости (автор Эшби). С этой точки зрения тундровые и пустынные экосистемы рассматриваются как малоустойчивые (не­стабильные), а тропические леса, максимально богатые по видо­вому составу, — как самые устойчивые (стабильные).

Для экосистем с низкой устойчивостью характерны вспышки численности отдельных видов. Последнее связывается с тем, что в маловидовых экосистемах слабо проявляются силы, уравнове­шивающие численность различных видов (конкуренция, хищниче­ство, паразитизм). Так, для тундровых экосистем типичны перио­дические резкие увеличения численности мелких грызунов — лем­мингов. В качестве результата низкой устойчивости этих экосис­тем рассматривается легкое разрушение их под влиянием внешних воздействий (перевыпаса, технических нагрузок и т. п.). Так, колеи, образующиеся после прохода тяжелой техники (тракторов, везде­ходов), сохраняются десятилетиями.

С этих же позиций к неустойчивым и низкостабильным относят агросистемы, создаваемые человеком и представленные обычно одним преобладающим видом растений, интересующим человека. С этой же точки зрения как неустойчивые и нестабильные следует рассматривать сосновые леса на бедных песчаных или щебнистых почвах. Их древесный ярус представлен в таких условиях од­ним видом (сосной), беден в них и напочвенный (травяной, мохо­вой) покров.

Однако если экосистемы, приведенные выше в качестве приме­ров, рассматривать с позиций названных выше различии устойчиво­сти и стабильности, то они попадают в разные категории (табл. 4).

Устойчивость, стабильность и другие параметры экосистем за­висят часто не столько от структуры самих сообществ (например, их разнообразия), сколько от биолого-экологических свойств видов-эдификаторов и доминантов, слагающих эти сообщества.

Так, высокая стабильность и значительная устойчивость, как видно из табл. 4,присущи сосновым лесам на бедных песчаных почвах, несмотря на малое видовое разнообразие этих экосистем. Это связано, во-первых, с тем, что сосна довольно пластична, и поэтому на изменение условий, например уплотнение почв, она ре­агирует снижением продуктивности и редко — распадом экосисте­мы. Однако и в последнем случае, в силу бедности субстрата пи­тательными веществами и влагой, ее молодое поколение не встре­чает серьезной конкуренции со стороны других видов, и экосисте­ма довольно быстро вновь восстанавливается в том же виде эдафического (почвенного) климакса.

Таблица 4

Характеристики устойчивости и стабильности отдельных эко­систем

*по основным звеньям: фитоценозам и почвам

Иные параметры устойчивости и стабильности характерны для сосняков на богатых почвах, где они могут сменяться еловыми лесами, обладающими более сильными эдификаторными свойства­ми. Здесь, несмотря на значительное разнообразие (по видовому составу, ярусности, трофической структуре и т. п.), экосистемы со­сновых лесов характеризуются низкой стабильностью и низкой ус­тойчивостью. Сосна в данном случае выступает как промежуточ­ная стадия сукцессионного ряда. Ей удается занимать и удержи­вать какое-то время такие местообитания только в силу каких-то необычных обстоятельств. Например, после пожаров, когда унич­тожаются более сильные конкуренты (ель, лиственные древесные породы).

studfiles.net

Тема 3. Биоразнообразие и устойчивость экосистем

В современной экологии сложились достаточно прочные представления о близкой взаимосвязи биоразнообразия с ус­тойчивостью экосистем и биосферы в целом.

В концепции биосферы В.И. Вернадского впервые сформу­лировано положение о важнейшей роли живых организмов в формировании и поддержании физико-химических свойств гео­сред Земли, а биосфера рассматривается как единая и целост­ная функциональная система, в которой реализуется взаимо­действие экологических и биологических процессов.

Такое единство обеспечивается высокой химической ак­тивностью живых организмов, их подвижностью, способнос­тью к самовоспроизведению и эволюции. В поддержании жиз­ни как планетарного явления важнейшее значение имеет раз­нообразие форм живых организмов, отличающихся спектром потребляемых эссенциальных веществ и выделяемых в окружа­ющую среду продуктов своей жизнедеятельности (Шилов, 2000). Сам В.И. Вернадский писал, что участие каждого отдельного организма в истории Земли ничтожно мало, но они, обладая высоким репродуктивным потенциалом, активно взаимодей­ствуют со средой обитания и представляют глобальный фактор развития и преображения поверхностных оболочек Земли.

Многообразие форм жизни определяет уникальные свой­ства биосферы как системы, гомеостаз которой поддерживает­ся на всех уровнях организации живой материи. Функциональ­ная взаимосвязь биологических систем разных уровней (кле­ток, особей, видов и популяций и т. д.) превращает дискрет­ные формы жизни в объединенную глобальную систему, како­вой является биосфера (Шилов, 2000).

Живые организмы бесконечно разнообразны, повсемест­но распространены, обладают сложившейся в ходе эволюции высокой биохимической избирательностью и на протяжении многих поколений осуществляют биотические круговороты в экосистемах. Можно с большой вероятностью утверждать, что именно биологическое разнообразие стало основой формиро­вания и осуществления устойчивых биогеохимических циклов в биосфере Земли.

Поскольку обмен веществ каждого вида строго специфи­чен, то разнообразие видов на каждом трофическом уровне (продуценты, консументы, редуценты) имеет огромное значе­ние для экосистем. Специфичность обмена веществ обеспечи­вает максимальную эффективность в использовании источни­ков и форм энергии, трансформации веществ на различных этапах биотического круговорота. Многообразие организмов, выполняющих сходные функции в экосистемах, существенно повышает надежность и устойчивость потоков вещества и энер­гии в пищевых цепях. Если какой-то вид выпадает из экосисте­мы, его экологическая ниша и соответствующее место в пре­образовании вещества и энергии за достаточно короткое время замещается аналогичными видами из того же трофического уровня (как мы видим, пословица «свято место пусто не быва­ет» вполне применима и в экологии).

По В.Е. Соколову и И.А. Шилову (1989), на уровне еди­ничного организма осуществляется обмен веществ с окружа­ющей средой и адаптация к ней; на уровне популяций — ус­тойчивое воспроизведение вида и его участие в биогенном круговороте; на уровне экосистем и биогеоценозов поддер­живается устойчивый круговорот веществ; на уровне биосфе­ры осуществляется глобальный круговорот вещества и энер­гии и реализуется средообразующая и средорегулирующая функция живого вещества.

Необходимо рассмотреть возможные пути влияния биораз­нообразия в качестве стабилизирующего фактора для экосистем. Во-первых, по мере развития биотических сообществ они насы­щаются большим числом видов, что приводит к усложнению меж­видовых отношений и увеличению числа действующих биотичес­ких факторов. Такой рост количества видов числа видов в сооб­ществе способствует более или менее равномерному распределе­нию эффекта воздействия экологических факторов между отдель­ными видами, т. е. повышению общей стабильности сообществ.

Во-вторых, благодаря видоспецифичности питания уве­личение числа видов в биоценозах определяет максимально эффективное использование ресурсов на каждом трофичес­ком уровне и в конечном счете повышает эффективность био­тического круговорота и минимизацию не используемого ве­щества в нем.

В-третьих, увеличение числа видов ведет к многократному дублированию энергетических потоков и более равномерному распределению энергии между особями и видами. При большем числе видов с различным биохимическим составом и обменом веществ достигается более эффективное использование потоков вещества и энергии в биогеохимических циклах. Не случайно И.А. Шилов (2000) называет увеличение видового разнообра­зия «гарантийным механизмом» надежности глобального био­тического круговорота. На наш взгляд, именно из этого следует исходить при конструировании искусственных экосистем.

В то же время вполне возможно, что фактор биоразнооб­разия играет определенную роль и в эволюции экосистем. Еще Ч. Дарвином показано, что первостепенным условием возник­новения внутривидового и межвидового разнообразия являет­ся естественный отбор. Известно достаточно много генетичес­ких и экологических процессов, ведущих к возникновению и поддержанию внутривидового полиморфизма (генетической гетерогенности популяций). Но уже в трудах А. Уоллеса (в XIX веке) и С. Эмерсона (в XX веке) показано, что есте­ственный отбор в той или иной форме может действовать и на уровне экосистем и является главным условием поддержания их качественного разнообразия. Смысл данного положения зак­лючается в том, что в процессе отбора экосистем сохраняются сложнейшие комплексы взаимосвязей видов и популяций с кон­кретными местообитаниями, и сам отбор может быть направ­лен на выработку единого механизма приспособляемости к кон­кретным условиям среды — таким, к примеру, является пони­жение испаряющей поверхности растений в пустынях. При всей правдоподобности гипотезы естественного отбора среди целых экосистем она разделяется далеко не всеми исследователями. Неясно также, способствует ли такой отбор повышению видо­вого разнообразия и биопродуктивности экосистем, степени утилизации энергии и других общих параметров в них (Ябло- ков, Юсуфов, 1989).

Известно, что количественные характеристики видового разнообразия претерпевают закономерные изменения в про­цессе сукцессии: на ранних стадиях развития экосистем оно небольшое и растет по мере приближения к зрелости, вновь снижаясь в климаксе. В большинстве растительных и в некото­рых животных сукцессиях максимум видового разнообразия достигается до наступления климакса. Но снижение разнообра­зия видов не означает уменьшения его экологической значи­мости. Разнообразие видов формирует сукцессию и ее направ­ленность, обеспечивает заполненность реального пространства живыми формами, т. е. значение биоразнообразия функциональ­но как в статике, так и в динамике. Там, где разнообразие ви­дов недостаточно для формирования экосистемы, а сама среда резко нарушена, сукцессия вообще не достигает фазы климак­са и приостанавливается на ранних стадиях развития (Степа- новских, 1999).

Т.А. Акимова и В.В. Хаскин (1999) приводят ряд законо­мерностей, важных для функционирования экосистем:

1. чем разнообразнее условия биотопов в пределах экоси­стемы, тем больше видов содержит ее биоценоз;

2. чем больше видов содержит экосистема, тем меньше особей насчитывают видовые популяции, и наоборот. Например, в экосистемах с малым видовым разнообра­зием (пустынях, сухих степях, тундре) доминирующие популяции, как правило, достигают большой числен­ности;

3. чем выше уровень разнообразия биоценоза, тем больше общая устойчивость экосистемы: биоценозы с малым разнообразием подвержены значительным флюктуаци­ям численности доминирующих видов и в силу этого могут легко подвергнуться разрушению, например, при природных катаклизмах;

4. эксплуатируемые человеком экосистемы с одним или немногими разводимыми видами, неустойчивы во вре­мени и пространстве и не обладают способностью к са- моподдержанию;

5. при исчезновении группы организмов или целого вида в экосистеме все биотическое сообщество может сильно измениться или даже разрушиться. Но чаще бывает, что на месте исчезнувшего вида появляется новый, выпол­няющий в экосистеме сходные функции (в соответствии с принципом экологического дублирования).

На глобальном уровне может быть сформулирован закон целостности биосферы (Коробкин, Передельский, 2001), ко­

торый гласит: трансформация атомов (биогенная миграция) между отдельными компонентами биосферы связывает их в единую материальную систему, в которой изменение любого звена влечет за собой сопряженное изменение всех остальных структурных единиц. Целостность биосферы определяется не­прерывным обменом веществом и энергией между составными частями. В то же время биохимическая энергия живого веще­ства является основной движущей силой различных процессов в биосфере, на которые в процессе эволюции оказывают вли­яние как аллогенные (внешние — геологические, климатичес­кие, космические и др.), так и автогенные (внутренние) фак­торы, обусловленные развитием самого живого вещества.

Благодаря взаимодействию этих факторов на планете и сформировалось биологическое разнообразие, причем оно про­должает развиваться и совершенствоваться за счет определен­ного резерва в эволюции сообществ. Одним из главных теоре­тических выводов современной экологии является положение о том, что при любом воздействии на биосферу — природном или антропогенном — сохранение устойчивого динамического равновесия в биосфере обеспечивается за счет деятельности биоты и сохранения ее биологического разнообразия.

Следовательно, разнообразие живых организмов биоце­нозов, экосистем и биосферы выступает как важнейший ме­ханизм поддержания целостности и устойчивости экосистем и биосферы. Именно поэтому столь актуальна проблема со­хранения биоразнообразия как в глобальном, так и локаль­ном масштабе — на всей планете и в любом регионе.

studfiles.net

Устойчивость и саморегуляция экосистемы

Устойчивость и саморегуляция экосистемы

Любой биогеоценоз представляет собой чрезвычайно сложную динамическую систему, состоящую из многих сотен и даже тысяч видов живых организмов, объединенных трофическими, топическими и другими связями. Так, по данным российского ученого В. В. Мазинга (1976), только в состав двух популяций березы (повислой и пушистой) входит 91 вид паразитических и 35 видов микоризообразующих грибов, 46 видов эпифитных лишайников, 7 видов эпифитных печеночников и 16 видов эпифитных лиственных мхов, 8 видов клещей, 574 вида насекомых, 8 видов птиц, 9 видов млекопитающих — всего 795 видов, не считая бактерий, простейших, водорослей, актиномицетов. Такие сложные природные экосистемы имеют собственные законы сложения, функционирования и развития. Длительность существования каждой экосистемы поддерживается прежде всего за счет общего круговорота веществ, осуществляемого продуцентами, консументами и редуцентами, и постоянного притока солнечной энергии. Именно эти два глобальных явления обеспечивают ей высокую способность противостоять воздействию постоянно меняющихся условий внешней среды.

Устойчивость экосистемы обеспечивается также биологическим разнообразием и сложностью трофических связей организмов, входящих в ее состав.

В богатых видами экосистемах у консументов есть возможность избирать разные виды пищевых объектов и в первую очередь — наиболее массовые. Если потребляемый пищевой объект становится редким, то консумент переключается на питание другим видом, а первый, освобожденный от пресса выедания, постепенно будет восстанавливать свою численность. Благодаря такому переключению поддерживается динамическое равновесие между пищевыми ресурсами и их потребителями и обеспечивается возможность их длительного сосуществования.

Таким образом, процесс саморегуляции экосистемы проявляется в том, что все разнообразие ее населения существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенного уровня. Например, в лесу листьями древесных растений питаются несколько сотен видов насекомых, но в оптимальных условиях каждый вид представлен незначительным количеством особей, поэтому их общая деятельность не наносит существенного вреда лесным деревьям. Однако насекомые отличаются большой плодовитостью, и если бы отсутствовали ограничивающие факторы (неблагоприятные погодные условия, уничтожение хищными и паразитическими насекомыми, птицами, болезнетворными микроорганизмами и т. п.), то численность любого вида насекомых возросла бы очень быстро и привела бы к разрушению экосистемы. Следовательно, взаимоотношения типа хищник—жертва, паразит—хозяин взаимно сглаживают всплеск численности и стабилизируют экосистему.

Важным фактором стабилизации экосистемы является генетическое разнообразие особей популяций. Изменение условий внешней среды может вызвать гибель большинства особей популяции, адаптированных к прежним условиям существования. Поэтому чем более генетически разнородной является та или иная популяция экосистемы, тем больший шанс у нее иметь организмы с аллелями, ответственными за появление признаков и свойств, позволяющих выжить и размножаться в новых условиях и восстановить прежнюю численность популяции. Время, необходимое для восстановления популяции, будет зависеть от скорости размножения особей, так как изменение признаков происходит только путем отбора в каждом поколении.

Стабильность экосистемы зависит также от степени колебаний условий внешней среды. В тропиках и субтропиках стабильны и оптимальны для многих видов температурные условия, влажность, освещенность. Поэтому тропические экосистемы с высоким биологическим разнообразием входящих в них организмов отличаются высокой устойчивостью. И, напротив, тундровые экосистемы менее устойчивы. Им свойственны резкие колебания численности популяций разных видов.

Способность экосистемы к саморегуляции и поддержанию динамического равновесия называется гомеостазам. Гомеостаз экосистемы выражается в способности сохранять постоянство видового состава и численности особей, поддерживать относительную стабильность и целостность генетической структуры в меняющихся условиях внешней среды. Нарушение природных цепей питания под воздействием антропогенного фактора, непродуманное вмешательство человека в экосистемы могут привести к неконтролируемому росту или снижению численности особей определенных популяций и к нарушению природных экосистем.

sbio.info