Экологическая сукцессия. - Конспект Лекций, раздел Биология, Лекция 2. Взаимодействие живых организмов со средой их обитания8 Даже В Устойчивых Экосистемах Постоянно Происходят Медленные Необратимые Изме...
Даже в устойчивых экосистемах постоянно происходят медленные необратимые изменения. В большей степени они касаются живых организмов. При этом один биоценоз заменяется другим.
Последовательная смена биоценозов под воздействием внешних факторов называется экологическая сукцессия. В ходе сукцессии меняется не только биоценоз, но происходит и постепенная смена биотопа (абиотических факторов среды).
Сукцессия может осуществляться естественным или искусственным путем. Естественным − под воздействием природных закономерностей, искусственным − под воздействием человека. Скорость сукцессии в различных экосистемах может быть различной: одни меняются быстро, другие остаются неизменными многие сотни лет. Последовательные биоценозы, сменяющие друг друга на данном участке, называются стадиями или сериями сукцессии. Сукцессия в определенной степени прогнозируема.
Для начала сукцессии необходимо свободное пространство. Сукцессия, которая начинается на свободном ранее участке (голом грунте, скале, песке) называется первичной. Сукцессия, развивающаяся на участке, с которого было удалено предыдущее сообщество (например, вследствие природных и антропогенных катастроф), является вторичной. Вторичная сукцессия протекает быстрее, так как на ранее заселенной территории существует почва, остаются семена растений, некоторые организмы. Так, первичная сукцессия может занимать тысячелетия, а вторичная − 150−200 лет. Различают автотрофную и гетеротрофную сукцессии.
Автотрофная происходит под воздействием солнечной энергии. При этом в сообществе преобладают автотрофные организмы. В ходе автотрофной сукцессии происходит усложнение сообщества, повышение устойчивости экосистем. На последних стадиях сукцессии обычно образуются стабильные сообщества.
В качестве примера автотрофной сукцессии рассмотрим сукцессию, начинающуюся на лесном пожарище (рис.16). Через 1−2 года участок пожарища зарастает травой, через несколько лет появляются первые кустарники, через 20 − 25 лет территория покрывается лесом: сначала лиственным, а затем под сенью лиственных пород вырастают тенелюбивые хвойные, которые постепенно вытесняют лиственные. Через сто лет на участке пожарища растет хвойный лес.
| Первый год
| 1 − 2 года
| 3 − 25 лет
| 25 − 100 лет
| Более 100 лет
|
Рис.16. Автотрофная сукцессия на лесном пожарище
Гетеротрофная сукцессия характерна для тех случаев, когда в экосистеме присутствует избыток органических веществ (загрязненные водоемы, гниющие растительные останки и т.п.) В сообществе в этом случает преобладают гетеротрофные организмы, поэтому запас энергии не увеличивается, а уменьшается. Результатом гетеротрофной сукцессии является либо гибель всех организмов, либо существенное упрощение сообщества.
Примером гетеротрофной сукцессии является «старение» водоемов. При этом происходит их зарастание от берегов к центру примерно в следующей последовательности: свободноплавающие растения − погруженные низкие растения − погруженные высокие растения − высокие подводные растения − торфяное болото. Этот процесс ускоряется при поступлении в водоем биогенных элементов (соединений азота, серы и др.) из промышленных и бытовых стоков.
В ходе автотрофной сукцессии экосистема претерпевает радикальные изменения. Можно выделить две основные стадии сукцессии − развивающуюся и зрелую. Эти стадии характеризуются различными свойствами и разной степенью устойчивости.
В ходе сукцессии меняется отношение валовой продуктивности к расходам на дыхание (Р/Д). Для развивающихся стадий это отношение больше 1, то есть увеличивается запас органического вещества. Это характерно для несбалансированных сообществ. В процессе сукцессии отношение Р/Д постепенно снижается. Для зрелой стадии это оно приближается к 1, что характеризует устойчивые сбалансированные экосистемы. Следствием этого является низкая продуктивность высокоустойчивых систем на поздних стадиях сукцессии.
В ходе сукцессии образуются более тесные связи между организмами, что ведет к усложнению трофических цепей. Зрелые системы обладают большей способностью сохранять вещества в обменном фонде. Круговороты в них в основном замкнуты. Повышение устойчивости экосистем в ходе сукцессии приводит к тому, что каждая последующая стадия длиться дольше предыдущей.
В табл.3 приведено сравнение свойств систем на различных стадиях сукцессии.
Таблица 3.
Свойства экосистем на развивающейся и зрелой стадиях сукцессии
| Признаки экосистем
| Развивающаяся стадия
| Зрелая
стадия
|
| Отношение продуктивности к дыханию (Р/Д)
| > 1
| ≈ 1
|
| Чистая продуктивность (урожай)
| высокий
| низкий
|
| Пищевые цепи
| простые
| сложные
|
| Круговороты веществ
| незамкнутые
| замкнутые
|
| Скорость обмена между организмом и средой
| низкое
| высокое
|
| Число видов
| небольшое
| большое
|
| Размеры особей
| небольшие
| крупные
|
| Жизненные циклы
| короткие и простые
| длинные и сложные
|
| Степень стабильности
| низкая
| высокая
|
| Энтропия (неупорядоченность)
| высокая
| низкая
|
Зрелые системы − самые устойчивые во времени. Но и они могут быть разрушены в ходе природных и антропогенных катастроф. Если рассматривать большие промежутки времени, то окажется, что любая сукцессия представляет собой циклический процесс. Циклы могут не полностью повторять друг друга, занимать различные промежутки времени, но цикличность сохраняется.
Подобно тому, как индивидуальное развитие организма кратко повторяет развитие вида, так и эволюция экосистем повторяется в их сукцессии. Развитие идет от простого к сложному, возникают отрегулированные биогеохимические циклы.
Все темы данного раздела:
ИНСТРУКЦИЯ
Для использования в учебном процессе данного учебного пособия студенты должны выполнить следующие мероприятия:
1. Выполнить практическую работу по освоению термино-понятийн
Лекция.
Тема: Введение в общую экологию. Основные термины и понятия
1. Экология - это наука о взаимодействии живых организмов со средой их обитания.
Классическая экология
Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.
Из второго закона термодинамика также следует, что самопроизвольно происходят только процессы, сопровождающиеся рассеянием энергии и увеличением энтропии - меры беспорядка(DS>0)
Гомеостаз и устойчивость экологических систем. Сукцессия.
На экосистему воздействует большое количество факторов, которые стремятся вывести ее из состояние равновесия. Но природа имеет механизмы, направленные на поддержание равновесия. Таким образом, для
Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы.
Все экологические факторы можно разделить на две группы:
I) факторы неживой природы - II) факторы живой природы
абиотические; - биотические.
Биотические факторы представляют собой совокупность влияния жизнедеятельности живых организмов на другие живые организмы и на окружающую среду.
1) фитогенные - факторы влияния растительных организмов; Любое растительное сообщество сильно влияет на абиотические условия. (например, лесные растения создают микроклимат в лесу.) Растения создаю
Толерантность.
Шелфорду принадлежит и формулировка закона толерантности, как бы суммирующего законы максимума и минимума: лимитирующим фактором процветания организма может быть как минимум, так и максимум
Адаптации. Жизненные формы.
Для каждого вида организмов существуют свои оптимальные параметры экологических факторов (свой диапазон толерантности). При постоянном воздействии какого-либо экологического фактора сверх лимитируе
Экологическая ниша организма.
Растения и животные могут обитать только там, где условия подходят для них. Каждый организм имеет свое местообитания - место, где он живет или где его обычно можно найти. В экологии существует боле
Принципы рационального природопользования. Безотходные технологии.
При переходе от биосферы к ноосфере важным этапом является разработка и внедрение в жизнь принципов рационального природопользования. Человеку необходимо научиться так регулировать свою хозяйственн
ПДВ - это норматив, определяющий предельно-допустимую концентрацию загрязняющего вещества в воздухе над источником выброса.
ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы. При этом предельные выбросы подбирают так, чтобы приземная концентрации вредных веществ не превышала ПДК, т.е. ПДВ устанавливают с уче
Экологический мониторинг.
Для перехода биосферы в ноосферу необходимо исключить все отрицательные последствия природопользования и исправить те, что уже имели место.
Для эффективного управления качеством природной
Информационные методы управления окружающей средой.
Схема управления окружающей средой:
Модель - это физическое или знаковое подобие реального объекта, явления или процесса.
Для организации рационального природопользования нужны модели взаимодействия человеческого общества и окружающей среды для того, чтобы предвидеть последствия антропогенного воздействия. При моделир
Государственная экологическая экспертиза; лицензирование природопользования. Сертификация. Экологический паспорт предприятия.
Экологическая экспертиза проводится обычно специальными исполнительными органами (Госкомэкологией, различными ведомствами) и определяется как проверка соответствия намечаемой хозяйственной
Биосфера, ее структура
Средой обитания всех живых организмов Земли, в том числе человека, является биосфера.
Биосфера - это все живое вещество Земли и область его распространения. Биосфера представляет собой обо
Эволюция биосферы. Живое, косное и биокосное вещество
Свое становление учение о биосфере получило в трудах выдающегося русского ученого Владимира Ивановича Вернадского (1863-1945).
Вернадский подчеркивал, что биосфера находится в постоянной б
И абиотическая среда
Основным предметом экологии как науки, изучающей взаимодействие живых организмов с окружающей средой, является экологическая система или экосистема.
Экосистемой называется безразмерная уст
Уровни организации жизни на Земле
Биосфера Земли является сложноорганизованной структурой, состоящей из большого количества элементов.
Входящие в состав биосферы биологические системы сильно различаются по
Организм и среда обитания
Организменный - это первый уровень организации жизни, изучаемый экологией. Отдельный живой организм входит в системы более высокого уровня (популяции, биоценозы, биотические сообщества) как подсист
Систематика растений и животных
На Земле обитает большое количество живых организмов, сильно различающихся своим строением и функциями. Единицей классификации для организмов служит вид - совокупность сходных организмов, обладающи
Биогеоценоз, его структура
Основными структурными составляющими биосферы являются биогеоценозы. Биогеоценоз - это экосистема макро- или мезоуровня на определенном участке земной поверхности. Понятие биогеценоза уже понятие э
Биогеохимические циклы веществ
Между живым и косным веществом биосфере под действием лучистой энергии Солнца происходит постоянный обмен химическими элементами. Если бы все вещество на Земле не было бы вовлечено
Биогеохимический цикл азота
Азот является основным газом атмосферы, где его объемная доля составляет 78%. Биосферный круговорот азота хорошо отрегулирован и носит замедленный характер.
Большинство живых организмов мо
Биогеохимический цикл кислорода
Круговорот кислорода играет важную роль в функционировании всей биосферы. Наличие свободного кислорода является обязательным условием жизнедеятельности большинства живых организмов. С другой сторон
Биогеохимический цикл углерода
Из всех известных биогеохимических циклов наиболее интенсивным является круговорот углерода. Продолжительность одного цикла в этом случае − всего 300 лет.
Цепь из атомов углерода сос
Биогеохимический цикл фосфора
Фосфор входит в состав клеточных мембран, ферментов костных тканей, то есть является необходимым элементом протоплазмы всех живых организмов. Цикл фосфора менее совершенен,
Биогеохимический цикл серы
Сера входит в состав белков всех живых организмов. В отличии от фосфора, в атмосфере присутствует достаточное количество газообразных соединений серы: сероводород H2
ПОТОКИ ЭНЕРГИИ В БИОСФЕРЕ
3.1.Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.
Одним из основных свойств материи является энергия − способность производить работу. Существо
Понятие о качестве энергии
Энергия характеризуется не только количеством, но и качеством. Известно много форм и видов энергии: солнечная, химическая, тепловая, механическая, электрическая, атомная и т.д. Прич
Процессы фотосинтеза и хемосинтеза
Живые организмы способны создавать сложные органические вещества, увеличивая собственную упорядоченность. Первичное органическое вещество биосферы создается растениями и некоторыми микроорганизмами
Процесс дыхания
Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но эта энергия недоступна для непосредственного использования в реакц
Передача энергии по трофической цепи
Не все живые организмы способны синтезировать органическое вещество из неорганического. Живые организмы, обитающие на Земле, можно разделить по типу получения и накопления ими вещес
Продуктивность экосистем
В процессе жизнедеятельности различных организмов в экосистеме создается и расходуется органическое вещество. Поэтому каждая экосистема обладает определенной продуктивностью.
Энергетические типы экосистем
Все экосистемы, в зависимости от вида используемой энергии, можно разделить на следующие типы.
1 тип. Экосистемы, для которых основным источником энергии я
Абиотические факторы
Выделяют следующие группы абиотических факторов (факторов неживой природы): климатические, эдафогенные (почвенные), орографические и химические.
I) Климатические факторы: к ним относятся с
Биотические факторы
Выделяют фитогенные, зоогенные, микробогенные и антропогенные факторы.
I) Фитогенные − факторы, характеризующие влияние растительных организмов. Они воздействуют на в
Лимитирующие факторы. Законы минимума и максимума
Для каждого организма существуют свои оптимальные параметры экологических факторов, при которых жизнедеятельность особей протекает нормально. Допустимые диапазоны экологических факт
Закон толерантности
Закон толерантности суммирует законы максимума и минимума. Его формулировка принадлежит Шелфорду: лимитирующим фактором может быть как минимум, так и максимум экологического воздейс
Адаптации. Жизненные формы
При постоянном воздействии какого-либо экологического фактора сверх лимитирующих пределов организм должен либо адаптироваться к новым параметрам, либо погибнуть.
Адаптациям
Экологическая валентность (пластичность)
Организмы различаются своей способностью к адаптации: одни адаптируются медленно, другие легко и быстро. Способность вида адаптироваться к экологическим факторам называется экологич
Экологическая ниша
Растения и животные могут обитать только там, где условия подходят для них. Каждый организм имеет свое местообитания, пригодное для жизни. В экологии существует более емкое понятие
УСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ
Устойчивостью экосистем называется их способность противостоять колебаниям внешних факторов и сохранять свою структуру и функциональные особенности. Устойчивая экосистема возвращается в исходное со
Гомеостаз экосистем.
Рассмотрим механизмы поддержания равновесия, действующие в открытых природных экосистемах. На любую экосистему постоянно действует большое количество экологических факторов, стремящ
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
Технический прогресс бурный рост производства в последние десятилетия привели к большому уровню загрязненности окружающей среды. На земном шаре практически невозможно найти место, г
Основные источники загрязнения
Среди большого количества источников загрязнения наиболее важными являются следующие.
1) Транспорт. При сгорании топлива выделяется большое количест
Последствия загрязнения окружающей среды
Антропогенное воздействие сильно изменяет естественные природные процессы. Глобальными последствиями загрязнения являются парниковый эффект, разрушение озонового слоя, нарушение при
Разрушение природных экосистем
Выброс большого количества загрязнителей и изменения, происходящие при этом в окружающей среде, неизбежно ведут к нарушению нормальных биологически циклов и разрушению природных эко
Демографические проблемы
Демография − наука, изучающая динамику роста народонаселения. Несмотря на ухудшение состояния окружающей среды и сокращение количества плодородных земель в настоящее время наб
Глобальные проблемы энергетики
Кроме перечисленных проблем, связанных с резким ухудшением качества среды, перед человечеством остро стоит проблема энергетики. Основная причина энергетического кризиса − исто
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ
Если качество природной среды не соответствует нормативным требованиям, необходимо проводить специальные мероприятия по защите окружающей среды. Для этого необходима информация о фа
Новости и инфо для студентов