Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

М.Э. Гусельников, В.Н. Стройнова
Биоэкология

Учебное пособие. – Томск: Изд. ТПУ, 2002. – 104 с.

Предыдущая

5. Законы функционирования экосистем

Отношения в экосистеме

Какие отношения между организмами могут существовать внутри экосистемы?

1. Конкуренция, когда два вида или два представителя одного вида используют одни и те же ресурсы. Основой являются пространственные или трофические отношения. Численность популяций в условиях конкуренции подчиняется принципу конкурентного исключения Гаузе. Ярким примером является конкуренция в человеческом обществе из-за социальных условий: зарплаты, квартиры и т.д. Два самца могут конкурировать из-за самки, территории и т.д.

2. Отношения хищник - жертва. Они снижают напряженность конкуренции и способствуют видовому разнообразию биоценоза. Основаны на прямых трофических связях. Отношения хищник - жертва (в том числе травоядные животные - растения) очень распространены в биоценозах. Хищничество - способ питания живых организмов, при котором они ловят, умерщвляют и поедают другие живые организмы.

Хищничество встречается среди всех видов животных, среди некоторых видов грибов и насекомоядных растений. В трофической цепи хищники - консументы 1 и 2 порядка, жертвы - продуценты и консументы 1 порядка. В системе хищник - жертва партнеры взаимно приспособлены друг к другу. Только в этом случае при питании хищников жертвами численность жертв поддерживается на определенном уровне. Эволюция хищников и их жертв происходит совместно, при этом хищники совершенствуют способы нападения, а жертвы - способы защиты. Со стороны хищников можно наблюдать миграции вслед за жертвами, со стороны жертв - другие способы приспособления. Установлено, что неприспособленные жертвы гибнут в среднем в два раза чаще, чем приспособленные. Соответственно численность хищников строго следует за численностью жертв. Математики А. Лотка и В. Вольтерра независимо друг от друга предложили систему уравнений для описания отношений в системе хищник - жертва. Это система дифференциальных уравнений, предсказывающая колебания численности обоих компонентов системы и описывающая устойчивые колебания, затухающие колебания, колебания с возрастающей амплитудой (автоколебания).

3. Отношения паразит - хозяин характеризуются тем, что одна сторона использует другую в качестве среды обитания или источника пищи. Паразитизм широко распространен в природе, особенно у растений (паразиты - лианы) и высших животных (паразиты - клещи).

4. Основой симбиоза - взаимовыгодного партнерства - служат трофические и пространственные отношения, например питание одного организма за счет другого неиспользованными остатками пищи, продуктами пищеварения или тканями организма. Пример: тигр - шакал, человек - мухи. Симбиоз наблюдается у бобовых растений и азотфиксирующих бактерий. Бактерии снабжают растения нитратами, которые вырабатывают из воздуха, а сами получают от растения углеводы. Высшие животные переваривают пищу благодаря микроорганизмам в кишечнике (кишечная флора). Морские животные часто используют чужие норы и раковины.

Интересны отношения между растениями и животными в пределах одного биоценоза. С помощью животных происходит расселение растений по территории обитания животных (транспортировка семян), опыление растений.

Самоочищение экосистемы

В процессе своего функционирования экологическая система производит отходы, так как любое живое существо рождается, живет, умирает, и все живые существа внутри экосистемы выделяют в нее продукты своей жизнедеятельности. Однако, с другой стороны,  экосистема является единственным примером безотходного производства потому, что экосистема утилизирует свои отходы на основе трофических связей. Процесс утилизации отходов называется САМООЧИЩЕНИЕМ экосистемы.

Для примера проследим процесс самоочищения экосистемы водоема. Каждый водный организм вносит определенный вклад в самоочищение водоема, в результате чего формируется вода, пригодная как для питья, так и для жизни обитателей. Мелкие ракообразные (например дафнии) составляют основную массу зоопланктона. Они легко отфильтровывают отдельные бактериальные клетки, размер которых не превышает 1.5 - 2 мкм, и питаются ими. Таких ракообразных называют тонкими фильтраторами. Функцию фильтрации у них выполняют жабры. Другие ракообразные и моллюски употребляют в пищу крупные бактерии и бактериальные агрегаты, поэтому их называют грубыми фильтраторами.

Большое влияние на самоочищение водоема оказывает температура воды. Поскольку вода при температуре t = 4 оС обладает максимальной плотностью, холодные слои воды опускаются вниз. В это время слои воды с температурой t, отличающейся от 4 оС поднимаются вверх. Таким образом происходит перемешивание водных слоев, что способствует самоочищению водоемов. Самоочищение подвергается опасности в результате техногенного загрязнения. Обитатели водоема справляются с самоочищением до определенного предела. Если загрязнение превышает этот предел, то начинается разрушение биоценоза. Предел зависит от устойчивости живых существ к загрязнению.

Одним из основных экологических законов является действующий в экологических системах ЗАКОН ВНУТРЕННЕГО ДИНАМИЧЕСКОГО РАВНОВЕСИЯ: вещество, энергия, информация и динамические характеристики экосистемы взаимосвязаны настолько, что любое изменение одной из них приводит к изменениям в соседних таким, что степень порядка и общая сумма остаются  неизменными. Этот закон имеет следующие следствия:

1.  Любое изменение среды (вещества, энергии, информации, динамических характеристик) приводит к развитию природных цепных реакций, ведущих к нейтрализации изменений или к необратимому образованию новых природных систем.

2.  Взаимодействие вещества, информации и энергии внутри экосистемы нелинейно, то есть слабое изменение одного может вызвать сильные изменения в других характеристиках.

3.  Производимые в крупных экосистемах внешние воздействия необратимы, то есть они влияют на биосферу в целом и вызывают эволюционные скачки.

4.  Любое преобразование природы вызывает в окружающей биосфере ответные реакции, направленные на сохранение равновесия экосистемы. Существенных изменений можно достигнуть с помощью значительного вложения энергии, поток энергии ограничен термодинамической устойчивостью системы.

Внутри  экологических  систем  также  действует ПРИНЦИП Ле ШАТЕЛЬЕ - БРАУНА: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, само равновесие смещается в сторону, ослабляя внешнее воздействие. При очень больших воздействиях (сильное загрязнение) этот принцип нарушается. Отсюда следует однозначный вывод: самоочищение экосистем не безгранично, сильное загрязнение приводит к их разрушению и нарушению биосферы в целом. Вырубка лесов, кислотные дожди (самоочищение атмосферы), водохранилища, рекреационные нагрузки (отдых людей), радиация, выбросы в атмосферу и водоемы разрушают экосистемы и приводят к изменению ландшафта, почв, состава атмосферы, то есть к нарушению биосферы в целом.

Динамика экосистем

Очевидно, что экосистема является подвижной,  динамической. За многие миллионы лет изменялась также биосфера Земли: климат, состав атмосферы, рельеф гор и мировой океан. Многие сообщества, например ящеры, вымерли и заменены другими. Говорят, что экосистема подвержена СУКЦЕССИИ - последовательной необратимой смене биоценозов, возникающих преемственно на одной территории. Сукцессии бывают первичными - возникают по естественным причинам, и вторичными - возникают по причине техногенных воздействий.

Проследим первичную сукцессию на примере биома. Пусть имеется участок суши, не заселенный живыми существами. Первыми появляются лишайники, разрушающие твердую поверхность и способствующие появлению почвы. Следующими будут мхи, способные удерживать влагу в почве. Принесенные ветром семена трав и кустарников укореняются и размножаются. Корни измельчают почву, что сохраняет в ней минеральные вещества. Почва становится более плодородной. Биомасса растений увеличивается, появляются животные - консументы 1 порядка, затем консументы 2 порядка. Остатками вымерших продуцентов и консументов питаются редуценты.

Таким образом, имеем сначала неустойчивые -  серийные, затем устойчивые - стабильные сообщества. Стадии развития сообществ до состояния устойчивого равновесия занимают десятки и сотни лет, то есть сукцессия относится к эволюционным процессам. Конечная стадия называется климаксовой. Трофические связи со временем усложняются, появляются новые виды растений и животных, достигается видовое разнообразие, появляются новые экологические ниши, которые тут же заполняются.

Итак, экосистема в результате сукцессии проходит последовательно следующие стадии развития: серийную (неравновесную) – стабильную - климаксовую (равновесную). При этом увеличивается поток энергии, расходуемый на поддержание экосистемы.

Первичную сукцессию регулируют следующими законами:

1.  Закон последовательности фаз развития: каждая фаза готовит среду для возникновения последующей фазы. В рассмотренном примере после фазы мхов не может возникнуть фаза консументов 2 рода, так как они сразу вымрут от отсутствия пищи.

2.  Закон сукцессионного замедления: процессы, идущие в равновесных экосистемах, имеют тенденцию к снижению темпов.

3.  Закон стабилизации видового состава климакса: разнообразие стремится к максимуму на ранних и средних стадиях сукцессии, затем снижается в климаксе.

4.  Биогеохимический круговорот веществ в ходе сукцессии становится все более замкнутым. Этот закон сильно нарушается техногенным воздействием на растительность.

5.  Чем больше нарушена среда обитания (биотоп), тем на более ранних стадиях заканчивается сукцессия. Это также следствие техногенного воздействия.

6.  Закон эволюционно-экологической необратимости: экосистема, потерявшая часть своих элементов или сменившаяся другой в ходе сукцессии, не может вернуться на предыдущую фазу сукцессии. Невозможно начать сукцессию снова, поскольку имеется новая экосистема.

          Таким образом, основной функцией экосистемы является поддержание устойчивого круговорота веществ. Внутри экосистемы осуществляется обмен информацией, веществом и энергией. Экосистема является динамической открытой системой, подчиняется системным законам и связана обменными процессами с биосферой Земли.

Тест

1. Какой тип отношений реализуется между лисами и зайцами?

1. Конкуренция.

2. Симбиоз.

3. Паразитизм.

4. Хищничество.  

2. Какой тип отношений реализуется между двумя тиграми одного возраста, пола, комплекции?

1. Симбиоз.

2. Конкуренция. 

3. Хищничество.

4. Паразитизм.

3. Какой тип отношений реализуется между  тиграми и шакалами?

1. Симбиоз. 

2. Конкуренция.

3. Хищничество.

4. Паразитизм.

4. Какой тип отношений реализуется между клещами и млекопитающими?

1. Симбиоз.

2. Конкуренция.

3. Хищничество.

4. Паразитизм. 

5. Самоочищение любой экосистемы:

1. Безгранично, не зависит от внешних воздействий.

2. Строго ограничено, не зависит от внешних воздействий.

3. Строго ограничено, зависит от внешних воздействий. 

6. Вода озера Байкал пригодна для питья без очистки благодаря:

1. Отсутствию загрязнений.

2. Самоочищению экосистемы.

3. Осаждению на дно вредных веществ.

7. Принцип Ле - Шателье-Брауна выполняется в экосистемах:

1. Всегда, при любых условиях.

2. При условии, что загрязнение невелико.  

3. При условии, что загрязнение велико.

8. Нарушение принципа Ле - Шателье-Брауна в одной экосистеме:

1. Влияет на данную экосистему и биосферу в целом.

2. Влияет только на данную экосистему.

3. Влияет только на биосферу.

9. Сукцессия экосистем:

1. Обратима.

2. Необратима.

10. Экосистема является:

1. Равновесной на начальной стадии сукцессии.

2. Неравновесной на конечной стадии сукцессии.

3. Неравновесной на начальной стадии сукцессии. 

Предыдущая