Многолетняя динамика экосистем

Динамика экосистемы

Динамика экосистемы - развитие биоценоза во времени, изменение его видовой структуры и протекающих в нем процессов в результате:

· внутренних воздействий - отмирание или вытеснение одних видов другими, например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни

· внешних воздействий - факторы внешней среды, вырубка леса, влияние катастроф, например, урагана, пожара

Многолетняя динамика экосистем

Последовательность сообществ (зоо-, микробо-, фито-, микоценозов), сменяющих друг друга во времени на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействия человека, носит название сукцессии, а их переходные состояния - последовательных стадий (стадии развития).

Наблюдать сукцессию можно на заброшенных полях раннего возраста, песчаных дюнах или песчаных морских и речных берегах. Если рассматривать сукцессию на брошенных землях, которые не используются в сельском хозяйстве, то можно видеть, что бывшие поля быстро покрываются разнообразными однолетними растениями. Сюда же могут попасть, преодолев иногда большие расстояния с помощью ветра или животных, семена древесных пород: сосны, ели, березы, осины.

Вначале изменения происходят быстро. Затем, по мере появления растений, растущих более медленно, скорость сукцессии снижается. Всходы березы образуют густую поросль, которая затеняет почву, и даже если вместе с березой прорастают семена ели, ее всходы, оказавшись в весьма неблагоприятных условиях, сильно отстают от березовых. Светолюбивая береза является серьезным конкурентом для ели. К тому же специфические биологические особенности березы дают ей преимущества в росте. Березу называют "пионером леса", так как она почти всегда первой поселяется на нарушенных землях и обладает широким диапазоном приспособляемости.

Березы в возрасте 2-3 лет могут достигать высоты 100-120 см, тогда как ель в том же возрасте едва дотягивают до 10 см. Постепенно, к 8-10 годам березы формируют устойчивое березовое насаждение высотой до 10-12 м. Под развивающимся пологом березы начинает подрастать и ель, образуя разной степени густоты подрост. Перемены происходят и в нижнем, травяно-кустарничковом ярусе. Постепено, по мере смыкания крон березы, светолюбивые виды, характерные для начальных стадий сукцессии, начинают исчезать и уступают место теневыносливым.

Изменения касаются и животного компонента рассматриваемого биоценоза. На первых стадиях поселяются майские хрущи, березовые пяденицы, затем появляются многочисленные птицы: зяблики, славки, пеночки. Поселяются мелкие млекопитающие: землеройки, кроты, ежи. Изменение условий освещения начинает благоприятно сказываться на молодых елях, которые ускоряют свой рост. Если на ранних этапах сукцессии прирост елей составляет 1-3 см в год, то по прошествии 10-15 лет он достигает уже 40-60 см. Где-то к 50 годам ель догоняет березу в росте, и образуется смешанный елово-березовый древостой. Из животных появляются зайцы, лесные полевки и мыши, белки. Заметны сукцессионные процессы и среди птичьего населения. Появляются иволги, питающиеся гусеницами.

Смешанный елово-березовый лес постепенно сменяется лесом еловым. Ель перегоняет в росте березу, создает значительную тень, в результате и светолюбивая береза постепенно выпадает из древостоя. Таким образом происходит сукцессия, при которой вначале березовый, затем смешанный елово-березовый лес сменяется чистым ельником. Естественный процесс смены березняка ельником длится более 100 лет. Именно поэтому иногда процесс сукцессии называют вековой сменой.

Различают сукцессию

· первичную - развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее никем и ничем не заселенных местообитаниях, - на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов.

Жить на таком грунте способны лишь немногие растения, их называют пионерами сукцессий. Типичные пионеры - мхи и лишайники. Они изменяют грунт, выделяя кислоту, которая разрушает и разрыхляет камни. Отмирающие мхи и лишайники под действием бактерий-редуцентов разлагаются, а их остатки перемешиваются с рыхлым каменистым субстратом (песком). Постепенное накопление органических остатков растительного происхождения приводит к формированию почвы, в результате чего становится возможным прорастание и рост мелких укореняющихся однолетних травянистых растений, затем многолетних трав, кустарников и деревьев, например, ольхи и ивы. На корнях ольхи находятся клубеньки - специальные органы, содержащие симбиотические бактерии, которые фиксируют атмосферный азот и способствуют накоплению в почве больших его запасов, за счет чего почва становится все более плодородной. Теперь на ней уже могут расти деревья, например сосна, береза и ель. Так постепенно происходит нарастание видового многообразия фитоценозов и усложнение их ярусности.

В природе первичные сукцессии встречаются сравнительно редко и продолжаются значительно дольше вторичных - до нескольких столетий. Главная причина такого медленного хода первичных сукцессий - необходимость разрушения материнской горной породы и медленное увеличение толщины почвенного слоя по мере сукцессии.

Таким образом, движущей силой сукцессии является то, что растения изменяют почву под собой, влияя на ее физические свойства и химический состав, так что она становится пригодной для видов-конкурентов, которые вытесняют первоначальных обитателей, вызывая смену сообщества - сукцессию.

Примером первичной сукцессии является также возрождение жизни на залитых потоками лавы склонах вулкана.

· вторичную - развитие сообществ идет на местности, где ранее существовала растительность, но по каким-либо причинам она была уничтожена.

Примером вторичной сукцессии является, например, зарастание заброшенного поля. К таким сукцессиям может привести, например, частичное уничтожение леса болезнями, ураганом, землетрясением либо пожаром. Большинство сукцессии, наблюдаемых в настоящее время, являются сукцессиями антропогенными (от греч. anthropos - человек), т.е. происходящими в результате воздействия человека на природные экосистемы. Это выпас скота, рубка лесов, возникновение очагов возгорания, распашка земель, затопление почв, опустынивание и т.п.

Вторичная сукцессия длится несколько десятков лет. Она начинается с того, что на освобожденном участке почвы появляются однолетние травянистые растения. Это - типичные сорняки: одуванчик, осот, мать-и-мачеха и другие. Их преимущество в том, что они быстро разрастаются и производят семена, приспособленные к распространению на далекие расстояния с помощью ветра или животных. Однако уже через два-три года их вытесняют конкуренты - многолетние травы, а затем - кустарники и деревья, прежде всего осина. Эти породы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, так что проросткам видов, первыми попавших на поле, становится трудно расти. Однако сукцессия на этом не останавливается; за осиной появляется сосна; а последними - медленно растущие теневыносливые породы, например ель или дуб. Через сто лет на этом участке восстанавливается то сообщество, которое было на месте поля до сведения леса и вспашки земли.

Примером вторичной сукцессии может служить и образование торфяного болота при зарастании озера. Изменение растительности на болотах начинается с того, что края водоема зарастают водными растениями. Влаголюбивые виды (камыш-тростник, осока) начинают разрастаться вблизи берегов сплошным ковром. Постепенно создается более или менее плотный слой растительности на поверхности воды. Отмершие остатки растений постепенно накапливаются на дне водоема. Из-за малого количества кислорода в застойных водах погибшие растения медленно разлагаются и постепенно превращаются в торф. Начинается формирование болотного биоценоза. Появляются сфагновые мхи, на сплошном ковре которых поселяются клюква, багульник, голубика. Здесь же могут поселяться сосенки, образуя редкую поросль тощих деревьев. Постепенно, с течением времени, образуется экосистема верхового болота.

По мере усложнения сообщества усложняются и связи между популяциями. Высшей точкой, или кульминацией, развития является стабилизированная система, главным образом за счет стабилизации структуры растительности, в которой на единицу имеющегося потока энергии приходится максимальная биомасса организмов.

Такое относительно устойчивое и равновесное по отношению к внешней среде растительное сообщество носит название климаксового сообщества (от греч. klimax - лестница) и представляет собой заключительную стадию развития биоценоза. Климаксовое сообщество может существовать неопределенно долгое время - до тех пор, пока какое-либо воздействие извне (вспашка земли, рубка леса, пожар, извержение вулкана, наводнение) вновь не нарушит его природную структуру. В случае разрушения сообщества в нем начнется сукцессия - медленный процесс восстановления исходного состояния.

Развитие сельского хозяйства сопровождается полным уничтожением растительного покрова на огромных площадях для того, чтобы освободить место для небольшого количества отобранных человеком видов, наиболее пригодных для питания. Использование синтезированной энергии при механической обработке земли, использовании удобрений и пестицидов приводит к отсутствию стабильности агроценоза, в результате чего они гораздо в большей степени, чем естественные ценозы (лес, луг, пастбища), подвержены эрозии, выщелачиванию, засолению и нашествию вредителей. Без участия человека агроценозы зерновых и овощных культур существуют не более года, ягодных растений - 3-4, плодовых культур - 20-30 лет. Затем они распадаются или отмирают.

Преимуществом агроценозов перед естественными биогеоценозами является производство необходимых для человека продуктов питания и большие возможности увеличения продуктивности. Однако они реализуются только при постоянной заботе о плодородии земли, обеспечении растений влагой, охране культурных популяций сортов и пород растений и животных от неблагоприятных воздействий естественной флоры и фауны.

Одним из путей повышения продуктивности агроценозов служит мелиорация почв [показать].

Также с целью повышения продуктивности агроценоза используются новые технологии выращивания растений, внедряются вновь созданные урожайные сорта и осуществляются другие мероприятия. Так, в Международном институте риса (на Филиппинах) для тропических и субтропических районов созданы высокоурожайные сорта риса и пшеницы, созревающие за 120 суток (вместо 150 - 180 суток как прежде). Это позволяет получать 2 - 4 урожая этих культур в год.

Суточная динамика экосистем. Составляющие любую экосистему виды не одинаково реагируют на факторы внешней среды. Поэтому одни из них более активны в дневное время суток, другие - к вечеру и ночью. Суточная динамика происходит в сообществах всех зон - от тундры до влажных тропических лесов.

Наиболее четко суточная динамика выражена в природных зонах с резким колебанием факторов среды на протяжении суток. Например, в пустыне жизнь летом в полуденные часы замирает, хотя некоторые животные и проявляют определенную активность.

В умеренной зоне в дневное время господствуют насекомые, птицы и некоторые другие животные. В сумеречное и ночное время активными становятся ночные насекомые, например, бражники, комары, многие млекопитающие, из птиц - козодои, совы и др. Суточная динамика прослеживается и у растений. Большинство покрытосеменных раскрывают свои цветки только в дневное время. Однако у некоторых растений наблюдается увеличение жизненной активности к ночи. Так, вечером усиливается аромат такой представительницы семейства орхидейных, встречающейся в наших лесах, как любка двулистная, что служит для привлечения ночных насекомых-опылителей.

Чрезвычайно интересное суточное явление наблюдается у представителей животного планктона (зоопланктона) в морях и пресных водоемах. Днем они держатся на глубине, а ночью поднимаются в поверхностные слои.

Сезонная динамика экосистем определяется сменой времен года. Это выражается в изменении не только состояния и активности организмов отдельных видов, но и их соотношения. В первую очередь сезонная динамика затрагивает видовой состав. Неблагоприятные сезонные погодные условия заставляют многие виды мигрировать в районы с лучшими условиями существования. У видов же, остающихся зимовать в экосистеме, значительно изменяется их жизненная активность. Большинство видов деревьев и кустарников на зиму сбрасывает листву. Приостанавливается активное деление клеток образовательной ткани. Вегетативные органы однолетних растений отмирают. У многолетних трав жизнеспособными остаются только корневая система и зимующие почки, прикрытые от замерзания почвой и снежным покровом. Некоторые виды оседлых животных впадают в спячку, предварительно накопив запасы энергетического сырья - жира. Другие ведут зимой активный образ жизни и способны обеспечить себя кормом.

Со сменой сезонов года связано изменение флористического состава экосистем. Так, войдя в березняк, осинник или дубраву ранней весной, когда еще не распустились листья на деревьях, можно увидеть целые пятна цветущих растений-первоцветов. Эту группу растений составляют виды из семейства лютиковых (ветреница дубравная, чистяк весенний, перелеска благородная, сон-трава) и некоторые другие. Их раннее развитие является приспособлением к более полному использованию условий местообитания. Снег уже сошел, света и тепла достаточно, а вегетация основных растений еще не началась. А если вы войдете в тот же лес в конце мая-начале июня, то не узнаете этого места. Здесь развились уже другие травы, и ничто не говорит о бывшем буйном весеннем цветении первоцветов.

Таким же образом к смене сезонов года приспособились и животные. Весной у них появляется потомство. Активизация жизненных процессов приходится на летний период, а осенью они уже начинают готовиться к предстоящей зимовке.

Подытожим:

Экосистемы непрерывно подвержены изменениям. Бесконечный поток энергии и питательных веществ постоянно влияет на их состояние. Одни виды отмирают, уступают место другим. Старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а рядом начинают прорастать в почве семена новых деревьев, начинается новый цикл развития.

Динамика – это изменение экосистемы под воздействием внешних и внутренних сил.

1) Периодически повторяющуюся динамику называют циклической или ФЛЮКТУАЦИИ.

Связаны со сменой сезона года (сезонные флюктуации) подснежники ветреница дубравная, перелеска благородная весной

Разногодичная флюктуация -- колебания климата, влажности почвы. Лишайники в сухой год и травянистые растения в мокрый.

Зоогенные флюктуации – влияние животных кабаны роют в нижнем ярусе, повреждая растительность.

2) Направленную динамику называют развитием экосистем или СУКЦЕССИИ – направленная и необратимая последовательная смена экосистем. Данный термин впервые употребил французкий ботаник Де Люк в 1806 г. Классическая теория была разработана американским ботаником Клементсом. Виды сукцессий:

1. первичные, т.е. развитие сообщества идет на вновь образовавшихся местообитаниях, на новых субстратах, где растительность ранее отсутствовала—на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, на породах обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов. Остров Каратау в Индонезии взорвалась вершина вулкана. Через 9 месяцев –паутина паука и цианобактерии, затем пионерные мхи, папоротники, затем кокосовые пальмы и сахарный тростник. Через 10 лет остров был полностью покрыт зеленью.

2. вторичные, возникновение новой экосистемы на месте где раньше существовала растительность, но по каким бы то ни было причинам была разрушена. (пожары, вырубка леса, ураганы, затопление почв.)

3. автотрофная, протекает с участие растений, потенциально бессмертны

4. гетеротрофная, без участия растений, основой является мертвое органическое вещество.(разложение мертвого дерева или трупа животного)

Сукцессионный процесс завершается формированием климаксной экосистемы, которая находится в равновесном состоянии с окружающей средой. Здесь сохраняются относительно постоянные потоки вещества и энергии.

Общие закономерности сукцессионного процесса по Одуму сводятся к следующему:

1. Видовой состав растений и животных в процессе сукцессий непрерывно меняется

2. Биомасса органического вещества увеличивается по ходу сукцессии

3. Видовое разнообразие имеет тенденцию увеличиваться по ходу сукцессии.

4. Снижение чистой продукции и соответственное повышение интенсивности дыхания –самые важные явления сукцессии

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: