Обратимые изменения экосистем.

Лекция 6

Динамика экосистем

1. Обратимые изменения экосистем.

2. Экологические сукцессии, обусловленные внутренними факторами.

3. Сукцессии, вызываемые человеком.

4. Классификация экосистем по функциональной структуре и роли человека.

5. Биомы.

 

Экологические сукцессии, обусловленные внутренними факторами.

В большинстве случаев естественные необратимые изменения экосистем протекают в результате жизнедеятельности входящих в ее состав растений, животных, грибов и бактерий. Приведем примеры таких сукцессий.

Зарастание скал. В результате жизнедеятельности организмов, заселяющих мертвую поверхность горной породы, происходит ее разрушение, называемое биологическим выветриванием. На ней появляется слой мелких частиц, а затем и почва, изменяется состав растений и гетеротрофных организмов – бактерий, грибов, животных, и увеличивается биологическая продуктивность. Вместо пленки водорослей, а затем тонкой корочки накипных лишайников со временем появляются кустистые лишайники и мхи, травы, а потом поселяются кустарники и даже деревья. В результате этой сукцессии постепенно увеличиваются биологическая продуктивность экосистемы, запас биомассы и разнообразие населяющих ее видов.

Зарастание озера с образованием болот. Отмершие водные растения и трупы животных откладываются на дне, и озеро постепенно мелеет. Растения, которые росли по берегам, распространяются к центру и занимают все большую площадь. Со временем озеро превращается в низинное болото, в котором вместо почвы формируется торф – слой неполно разложившихся остатков растений.

Основные образователи торфа в низинных болотах – разные осоки, обычно образующие крупные кочки, тростник, рогоз, камыш. Большинство низинных болот зарастают ивами, черной ольхой или березой пушистой.

В ходе сукцессии мощность торфяного слоя низинного болота год от года увеличивается. Когда она превысит 40–50 см, корни большинства растений отрываются от почвы и переходят на питание за счет торфа, который минерализуется микроорганизмами. Минерализация торфа происходит медленно и не до конца, и потому условия питания растений с увеличением слоя торфа ухудшаются. Низинное болото постепенно превращается в переходное болото с березой пушистой, вахтой трехлистной, белокрыльником болотным и др. На нем появляется мох сфагнум.

Если торфяная залежь продолжает нарастать, то количество минеральных элементов в верхнем слое торфа становится еще меньше. Настает момент, когда на нем не могут расти и растения переходного болота, формируется верховое болото. Вся поверхность верхового болота покрыта сфагновыми мхами. Из древесных растений на нем растет сосна, появляется клюква и другие растения семейства вересковых: багульник, болотный мирт, подбел, а по сухим кочкам – лишайники.

Одновременно с изменением состава растительности меняется и вся гетеротрофная биота экосистемы.

 

Биомы.

Совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне называется биомом. Самой крупной единицей классификации экосистем является биом. Эта классификация основана на типе растительности и основных стабильных физических чертах ландшафта. Биомы наземных экосистем выделяются по преобладающей жизненной форме растений и совпадают с природными зонами. Биомы водных экосистем выделяются по особенностям условий среды, которые определяют состав экосистем.

Наземные биомы:

1. Тундра: арктическая и альпийская;

2. Бореальные хвойные леса (тайга);

3. Листопадный лес умеренной зоны;

4. Степь умеренной зоны;

5. Тропические грасленд (степь) и саванна (растительность этих биомов вегетирует круглый год, но в период засухи их биологическая продукция резко снижается);

6. Чапараль – районы с дождливой зимой и засушливым летом;

7. Пустыни;

8. Полувечнозеленый тропический лес (зимнезеленые леса, сбрасывающие листья летом);

9. Вечнозеленый тропический дождевой лес (вегетирует круглый год и является самой продуктивной экосистемой Земли).

Каждый биом формируется под воздействием определенного комплекса условий среды. Важную роль в формировании биома играют динамика поступления осадков в течение года, максимальные и особенно минимальные температуры воздуха.

Типы пресноводных экосистем:

1. Лентические (стоячие воды): озёра, пруды и т.д.;

2. Лотические (текучие воды): реки, ручьи и т.д.;

3. Заболоченные угодья: болота и болотистые леса.

Экосистемы биома стоячих вод более разнообразны, так как в этом случае шире пределы изменения условий, определяющих состав биоты и ее продукцию, – глубины водоема, химического состава воды, степени зарастания водоема (включая и образующиеся вдоль побережий сплавины – сообщества на плавающем торфе).

В биоме проточных вод большую роль играет скорость течения, и состав биоты перекатов и плесов различается.

В зарастающих водными растениями озерах вода богата элементами питания, обилен фитопланктон и выше вторичная биологическая продукция (включая и продукцию рыб). В глубоких озерах с мягкой водой низка и первичная, и вторичная продукция.

Различают семь основных биомов морских вод и прибрежий:

1. Приморские скалистые побережья, достаточно бедные элементами питания;

2. Лиманы – богатые элементами питания илистые отмели у впадения рек;

3. Континентальный шельф – экосистемы прибрежных зон океанов с глубиной не более 200 м. Отличаются высоким биологическим разнообразием и высокой биологической продуктивностью. Это основные районы промысла морепродуктов;

4. Фотические (автотрофные) экосистемы верхнего слоя вод открытого океана (поверхностные пелагические сообщества). Этот биом имеет низкую биологическую продуктивность, сравнимую с пустыней;

5. Области апвеллинга (плодородные районы с продуктивным рыболовством). У западных побережий материков ветры постоянно отгоняют поверхностную воду от крутого берегового склона, и в этих местах из глубины поднимается вода, обогащенная элементами питания (в первую очередь фосфором и азотом). Это очень продуктивные экосистемы, которые являются районами промышленного рыболовства (особенно сельди);

6. Морские глубоководные пелагические экосистемы (открытый океан). Формируются при отсутствии света и потому представлены гетеротрофами, живущими за счет «питательного дождя»;

7. Коралловые рифы – высокопродуктивные экосистемы тропических морей.

Лекция 6

Динамика экосистем

1. Обратимые изменения экосистем.

2. Экологические сукцессии, обусловленные внутренними факторами.

3. Сукцессии, вызываемые человеком.

4. Классификация экосистем по функциональной структуре и роли человека.

5. Биомы.

 

Обратимые изменения экосистем.

Изменения экосистем очень разнообразны. Они бывают обратимыми (протекающими по кругу) и необратимыми, вызываются абиотическими и биотическими факторами. Обратимые изменения могут быть суточными, сезонными и разногодичными.

Необратимые изменения экосистем называются экологическими сукцессиями. Они могут вызываться естественными (природными) причинами или влиянием человека.

Экосистемы постоянно меняются в зависимости от ритмов изменений абиотических факторов – суточных, сезонных, многолетних, и от биологических циклов входящих в их состав растений и животных.

Суточная динамика экосистем. В водных экосистемах планктон по разному распределен в разное время суток: в светлое время он рассредоточен в толще воды, а в вечерние и утренние часы, когда на водную поверхность поступает меньшее количество света, планктон концентрируется ближе к поверхности.

Знаменитый каспийский лотос, «поля» которого есть в Астраханском заповеднике, на ночь закрывает свои крупные цветки, листья при этом опускаются на поверхность воды и плавают как листья кувшинки. В дневные часы цветки раскрываются, а черешки поднимают листья над поверхностью воды на несколько сантиметров. Все это сказывается на поведении других обитателей водной экосистемы, особенно живущих на поверхности воды.

Сезонная динамика экосистем. В разные сезоны года различается биологическая продукция экосистем: в летние месяцы она достигает максимума, а в зимние падает почти до нуля. В умеренной полосе в зимнее время часть обитателей улетает в теплые края (птицы) или укладываются на зимнюю спячку в берлоги и норы (медведь, барсук). Изменяется поведение тех животных, которые остаются на зиму в «своих» экосистемах.

В лесу в апреле-мае цветут первоцветы (ветренички, хохлатки, подснежники), вслед за которыми распускают свои цветки раноцветущие летние растения (чина весенняя, подмаренник душистый), ближе к середине лета зацветает сныть и т.д.

Разногодичная динамика экосистем. В результате изменений погоды в разные годы меняется биологическая продуктивность экосистем. Так, в пойменных лугах средней полосы в год, когда нет паводка и лето сухое, первичная биологическая продукция уменьшается в 10 раз, и соответственно снижается продукция гетеротрофов. Значительная часть видов в сухой год не развивается и переживает неблагоприятные условия в состоянии покоя.

Разногодичные изменения экосистем часто вызываются биотическими факторами. Так, экосистемы изменяются в результате циклической динамики популяций наиболее массовых видов. Например, дуб обильно плодоносит один раз в четыре года, и в год обильного плодоношения за счет улучшения кормовой базы массово размножаются виды животных, которые питаются желудями.

В тайге при выпадении отдельных деревьев (от старости, от ветровала или вредителей) возникают «окна». В «окнах» формируются «маленькие экосистемки» из рудеральных растений, семена которых сохранялись в почве и «ждали» удобного момента, чтобы прорасти. Вслед за рудеральными растениями в окнах разрастаются береза, ольха, или ивы. Эти растения-«няни» создают условия для восстановления основных древесных пород – ели и пихты. Продолжительность восстановительного цикла составляет 30-40 лет. В «окнах» соответственно меняется и фауна: появляются насекомые и другие организмы, которые связаны с растениями, залечивающими рану в лесной экосистеме.

Даже в самой устойчивой лесной экосистеме с древостоем старого возраста кабаны периодически разрывают поверхность почвы на участках площадью в десятки метров. После этого на почве несколько лет обильно растут рудеральные травы, но через 5-7 лет восстанавливаются обычные растения леса и их спутники из числа гетеротрофов.

Обратимые изменения лесной растительности, но с продолжительностью одного цикла около 100 лет, вызывают бобры. Они сооружают плотины и тем самым затопляют и подтопляют приречные территории. Однако за 10-20 лет бобры выедают все «вкусные» растения (в первую очередь ольху), которые служат им кормом, и переходят на другой отрезок речки. Плотины постепенно разрушаются, затопление и подтопление прекращаются, и со временем на этом месте восстанавливается та же экосистема, которая была до начала «мелиоративных работ», выполненных бобрами.

При всех обратимых изменениях, вызываемых абиотическими или биотическими факторами, протекающих в разном «биологическом времени» (от нескольких до десятков лет) и разном «биологическом пространстве» (от нескольких квадратных метров до десятков квадратных километров), состав экосистемы, который был до начала изменений, в основном восстанавливается.