Любую совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может поддерживаться круговорот вещества, называют экологической системой или экосистемой.
Природные экосистемы могут быть разного объема и протяженности: небольшая лужа с ее обитателями, пруд, океан, луг, роща, тайга, степь - все это примеры разномасштабных экосистем. Любая экосистема включает живую часть - биоценоз и его физическое окружение. Более мелкие экосистемы входят в состав все более крупных, вплоть до общей экосистемы Земли. Общий биологический круговорот вещества на нашей планете также складывается из взаимодействия множества более частных круговоротов.
Экосистема может обеспечить круговорот вещества только в том случае, если включает необходимые для этого четыре составные части: запасы биогенных элементов, продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты - это зеленые растения, создающие из биогенных элементов органическое вещество, т. е. биологическую продукцию, используя потоки солнечной энергии.
Консументы - потребители этого органического вещества, перерабатывающие его в новые формы. В роли консументов выступают обычно животные. Различают консументы первого порядка - растительноядные виды и второго порядка - плотоядных животных.
Редуценты - организмы, окончательно разрушающие органические соединения до минеральных. Роль редуцентов выполняют в биоценозах в основном грибы и бактерии, а также другие мелкие организмы, перерабатывающие мертвые остатки растений и животных.
Жизнь на Земле продолжается уже около 4 млрд лет, не прерываясь именно потому, что она протекает в системе биологических круговоротов вещества. Основу этого составляет фотосинтез растений и пищевые связи организмов в биоценозах.
Однако биологический круговорот вещества требует постойнных затрат энергии.
В отличие от химических элементов, многократно вовлекаемых в живые тела, энергия солнечных лучей, задержанная зелеными растениями, не может использоваться организмами бесконечно.
По первому закону термодинамики, энергия не исчезает бесследно, она сохраняется в окружающем нас мире, но переходит из одной формы в другую. По второму закону термодинамики, любые превращения энергии сопровождаются переходом части ее в такое состояние, когда она уже не может быть использована для работы. В клетках живых существ энергия, обеспечивающая химические реакции, при каждой реакции частично превращается в тепловую, а тепло рассеивается организмом в окружающем пространстве. Сложная работа клеток и органов сопровождается, таким образом, потерями энергии из организма. Каждый цикл круговорота веществ, зависящий от активности членов биоценоза, требует все новых поступлений энергии.
Таким образом, жизнь на нашей планете осуществляется как постоянный круговорот веществ, поддерживаемый потоком солнечной энергии. Жизнь организуется не только в биоценозы, но и в экосистемы, в которых осуществляется тесная связь между живыми и неживыми компонентами природы.
Разнообразие экосистем на Земле связано как с разнообразием живых организмов, так и условий физической, географической среды. Тундровые, лесные, степные, пустынные или тропические сообщества имеют свои особенности биологических круговоротов и связей с окружающей средой. Водные экосистемы также чрезвычайно различны. Экосистемы отличаются по скорости биологических круговоротов и по общему количеству вовлекаемого в эти циклы вещества.
Основной принцип устойчивости экосистем - круговорот вещества, поддерживаемый потоком энергии, - по сути дела обеспечивает бесконечное существование жизни на Земле.
По этому принципу могут быть организованы и устойчивые искусственные экосистемы, и производственные технологии, в которых сберегается вода или другие ресурсы. Нарушение согласованной деятельности организмов в биоценозах обычно влечет за собой серьезные изменения круговоротов вещества в экосистемах. Это главная причина таких экологических катастроф, как падение почвенного плодородия, снижение урожая растений, роста и продуктивности животных, постепенное разрушение природной среды.
1) какова роль продуцентов консументов редуцентов в круговороте углерода?2) Почему перед челове чеством стоит проблема овладения новыми источниками энергии? 3) Как связаны организмы со средой в процессах круговорота азота? 4) Что произойдет, если в круговоротах углерода, азота, серы и фосфора редуценты перестанут функцианировать
Продуценты – организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).
Редуценты – организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органическое вещество в неорганическое (большинство микроорганизмов, грибы).
Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительна, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.
В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена — консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например в тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, и их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.
Пищевые цепи и трофические уровни
Органические молекулы , синтезированные автотрофами, служат источником питания (вещества и энергии) для гетеротрофных животных. Этих животных в свою очередь поедают другие животные и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов, где каждый последующий питается предыдущим. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое звено цепи соответствует определенному трофическому уровню (от греч. troph - еда). Первый трофический уровень всегда составляют автотрофы, называемые продуцентами (от лат. producere - производить). Второй уровень - это растительноядные (фитофаги), которых называют консументами (от лат. consumo - «пожираю») первого порядка; третий уровень (допустим, хищники) - консументы второго порядка и т. д.
В экосистеме обычно бывает 4-5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется (неполное поедание пищи, дыхание консументов, «естественная» гибель организмов и т.
Роль продуцентов, консументов и редуцентов в сохранении жизни на Земле
п.); такие потери отражены на рисунке и подробнее обсуждаются в соответствующей статье. Однако, судя по результатам недавних исследований, длина пищевых цепей ограничивается и другими факторами. Возможно, существенную роль играют доступность предпочитаемой пищи и территориальное поведение, снижающее плотность расселения организмов, а, значит, и численность консументов высших порядков в конкретном местообитании. По существующим оценкам, в некоторых экосистемах до 80% первичной продукции не потребляется фитофагами. Мертвый же растительный материал становится добычей организмов, питающихся детритом (детритофа-гов) или редуцентов (деструкторов). В таком случае говорят о детритных пищевых цепях. Детрит-ные пищевые цепи преобладают, например, в дождевых тропических лесах.
Продуценты
Практически все продуценты - фотоавтотрофы, т. е. зеленые растения, водоросли и некоторые прокариоты, например цианобактерии (раньше их называли сине-зелеными водорослями). Роль хемоавтотрофов в масштабах биосферы пренебрежимо мала. Микроскопические водоросли и цианобактерии, составляющие фитопланктон, являются главными продуцентами водных экосистем. Напротив, на первом трофическом уровне наземных экосистем преобладают крупные растения, например деревья в лесах, травы в саваннах, степях, на полях и т. д.
Поток энергии и круговорот веществ в типичной пищевой цепи. Обратите внимание, что между хищниками и детритофагами, а также редуцентами, возможен двусторонний обмен: детритофаги питаются мертвыми хищниками, а хищники в ряде случаев поедают живых детритофагов и редуцентов. Фитофаги - консументы первого порядка; плотоядные - консументы второго, третьего и т. д. порядков.
Консументы первого порядка
На суше основные фитофаги - насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В пресной и морской воде это обычно мелкие ракообразные (дафнии, морские желуди, личинки крабов и т. д.) и двустворчатые моллюски; большинство их - фильтраторы, отцеживающие продуцентов, как описано в соответствующей статье. Вместе с простейшими многие из них входят в состав зоопланктона - совокупности микроскопических дрейфующих гетеротрофов, которые питаются фитопланктоном. Жизнь океанов и озер почти полностью зависит от планктонных организмов, составляющих фактически начало всех пищевых цепей в этих экосистемах.
Продуценты - это организмы, способные производить (продуцировать) органическое вещество из неорганических веществ.
В природных сообществах роль продуцентов чаще всего выполняют растения, очень редко — некоторые прокариотические организмы, способные к фотосинтезу или хемосинтезу. Таким образом, характеристика А относится к группе 2.
Цепи питания обычно начинаются с продуцентов, т. е. с растений. Поскольку указано, что цепь питания пастбищная, то однозначно в качестве первого звена она включает растительные организмы. Значит, характеристика Б принадлежит продуцентам. Бывают сообщества, в которых растений нет (например, в океанических глубинах, в почве). Сюда органические вещества поступает извне, а цепи питания включают только консументов и редуцентов.
Консументы - это организмы, питающиеся либо продуцентами, либо другими консументами. К консументам относится большинство животных (немногие являются редуцентами, питающиеся мертвым органическим веществом). Следовательно, характеристика В относится к консументам.
Характеристика Г фактически дублирует А и видимо призвана запутать. Хотя можно усмотреть некоторую тонкость. Только автотрофные организмы создают органическое вещество из неорганических. Однако все организмы создают органику, расщепляя органические вещества, поступающие с пищей. После этого заново синтезируют «свои» сложные органические вещества. Однако в биологии (особенно в экологии при рассмотрении природных сообществ) принято считать, что создают органическое вещество только автотрофы (растения, фотосинтезирующие и хемосинтезирующие прокариоты).
Понятия «автотрофы» и «продуценты» объединяют одни и те же группы организмов. Однако термин «автотроф» преимущественно употребляется при изучении строения и физиологии организмов. «Продуцент» — это экологический термин.
Автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов. Первые для синтеза органических веществ используют энергию солнечного света (от слова «фотоны»). Вторые - энергию, выделяющуюся в результате химических (поэтому и «хемо-») окислительных реакций. Растения являются фототрофами, они же продуценты, таким образом, Д соотносится с 2.
Роль живых организмов в биологическом круговороте
Круговорот биологический – явление непрерывного характера, циклического, закономерного, но не равномерного во времени и пространстве перераспределения веществ, энергии и информации в пределах экологических систем различного иерархического уровня организации – от биогеоценоза до биосферы. Круговорот веществ в масштабах всей биосферы называют большим кругом, а в пределах конкретного биогеоценоза – малым кругом биотического обмена.
Академик В.И. Вернадский первым постулировал тезис о важнейшей роли живых организмов в формировании и поддержании основных физико-химических свойств оболочек Земли. В его концепции биосфера рассматривается не просто как пространство, занятое жизнью, а как целостная функциональная система, на уровне которой реализуется неразрывная связь геологических и биологических процессов. Основные свойства жизни, обеспечивающие эту связь, — высокая химическая активность живых организмов, их подвижность и способность к самовоспроизведению и эволюции. В поддержании жизни как планетарного явления важнейшие значение имеет разнообразие ее форм, отличающихся набором потребляемых веществ и выделяемых в окружающую среду продуктов жизнедеятельности. Биологическое разнообразие – основа формирования устойчивых биогеохимических циклов вещества и энергии в биосфере Земле.
Специфическое свойство жизни – обмен веществ со средой. Любой организм должен получать из внешней среды определенные вещества как источники энергии и материал для построения собственного тела. Продукты метаболизма, уже непригодные для дальнейшего использования, выводят наружу. Таким образом, каждый организм или множество одинаковых организмов в процессе своей жизнедеятельности ухудшают условия своего обитания. Возможность обратного процесса – поддержания жизненных условий или даже их улучшения, — определяется тем, что биосферу населяют разные организмы с разным типом обмена веществ.
В простейшем виде набор качественных форм жизни представлен продуцентами, консументами и редуцентами, совместная деятельность которых обеспечивает извлечение определенных веществ из внешней среды, их трансформацию на разных уровнях трофических цепей и минерализацию органического вещества до составляющих, доступных для очередного включения в круговорот (основные элементы, мигрирующие по цепям биологического круговорота, — углерод, водород, кислород, калий, фосфор, сера и т.д.).
Продуценты
Продуценты — это живые организмы, которые способны синтезировать органическое вещество из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии. (Отметим, что получение энергии извне — общее условие жизнедеятельности всех организмов; по энергии все биологические системы — открытые) их называют также автотрофами, поскольку они сами снабжают себя органическим веществом. В природных сообществах продуценты выполняют функцию производителей органического вещества, накапливаемого в тканях этих организмов. Органическое вещество служит и источником энергии для процессов жизнедеятельности; внешняя энергия используется лишь для первичного синтеза.
Все продуценты по характеру источника энергии для синтеза органических веществ подразделяются на фотоавтотрофов и хемоавтотрофов. Первые используют для синтеза энергию солнечного излучения в части спектра с длиной волны 380-710 нм. Эго главным образом зеленые растения, но к фотосинтезу способны и представители некоторых других царств органического мира. Среди них особое значение имеют цианобактерии (сине-зеленые «водоросли»), которые, по-видимому, были первыми фотосинтетиками в эволюции жизни на Земле. Способны к фотосинтезу также многие бактерии, которые, правда, используют особый пигмент — бактериохлорин — и не выделяют при фотосинтезе кислород. Основные исходные вещества, используемые для фотосинтеза, - диоксид углерода и вода (основа для синтеза углеводов), а также азот, фосфор, калий и другие элементы минерального питания.
Создавая органические вещества на основе фотосинтеза, фотоавтотрофы, таким образом, связывают использованную солнечную энергию, как бы запасая ее. Последующее разрушение химических связей ведет к высвобождению такой «запасенной» энергии. Это относятся не только к использованию органического топлива; «запасенная» в тканях растений энергия передается в виде пищи по трофическим цепям и служит основой потоков энергии, сопровождающих биогенный круговорот веществ.
Хемоавтотрофы в процессах синтеза органического вещества используют энергию химических связей. К этой группе относятся только прокариоты: бактерии, архебактерии и отчасти сине-зеленные. Химическая энергия высвобождается в процессах окисления минеральных веществ. Экзотермические окислительные процессы используются нитрифицирующими бактериями (окисляют аммиак до нитритов, а затем до нитратов), железобактериями (окисление закисного железа до окисного), серобактериями (сероводород до сульфатов). Как субстрат для окисления используется также метан, СО и некоторые другие вещества.
При всем многообразия конкретных форм продуцентов-автотрофов их общая биосферная функция едина и заключается в вовлечении элементов неживой природы в состав тканей организмов и таким образом в общий биологический круговорот. Суммарная масса автотрофов-продуцентов составляет более 95 % массы всех живых организмов в биосфере.
Консументы
Живые существа, не способные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требующие поступления органического вещества извне, в составе пищи, относятся к группе гетеротрофных организмов, живущих за счет продуктов, синтезированных фото- или хемоситетиками.
Пища, извлекаемая тем или иным способом из внешней среды, используется гетеротрофами на построение собственного тела и как источник энергии для различных форм жизнедеятельности. Таким образом, гетеротрофы используют энергию, запасенную автотрофами в виде химических связей синтезированных ими органических веществ. В потоке веществ по ходу круговорота они занимают уровень потребителей, облигатно связанных с автотрофами организмами (консументы 1 порядка) или с другими гетеротрофами, которыми они питаются (консументы II порядка).
Общее значение консументов в круговороте веществ своеобразно и неоднозначно. Они не обязательны в прямом процессе круговорота: искусственные замкнутые модельные системы, составленные из зеленых растений и почвенных микроорганизмов, при наличии влаги и минеральных солей могут существовать неопределенно долгое время за счет фотосинтеза, деструкции растительных остатков и вовлечения высвобожденных элементов в новый круговорот. Но это возможно лишь в стабильных лабораторных условиях. В природной обстановке возрастает вероятность гибели таких простых систем от многих причин.
7.2 Экосистема (биогеоценоз), её компоненты: продуценты, консументы, редуценты, их роль
«Гарантами» устойчивости круговорота и оказываются в первую очередь консументы.
В процессе собственного метаболизма гетеротрофы разлагают полученные в составе пищи органические вещества и на этой основе строят вещества собственного тела. Трансформация первично продуцированных автотрофами веществ в организмах консументов ведет к увеличению разнообразия живого вещества. Разнообразие же необходимое условие устойчивости любой кибернетической системы на фоне внешних и внутренних возмущений. Живые системы — от организма до биосферы в целом — функционируют по кибернетическому принципу обратных связей.
Животные, составляющие основную часть организмов-консументов, отличаются подвижностью, способностью к активному перемещению в пространстве. Этим они эффективно участвуют в миграции живого вещества, дисперсии его по поверхности планеты, что, с одной стороны, стимулирует пространственное расселение жизни, а с другой служит своеобразным «гарантийным Механизмом» на случай уничтожения жизни в каком-либо месте в силу тех или иных причин.
Примером такой «пространственной гарантии может служить широко известная катастрофа на о. Кракатау: в результате извержения вулкана в 1883 г. жизнь на острове была полностью уничтожена, но в течение всего 50 лет восстановилась — было зарегистрировано порядка 1200 видов. Заселение шло главным образом за счет не затронутых извержением Явы, Суматры и соседних островов, откуда разными путями растения и животные вновь заселили покрытый пеплом и застывшими потоками лавы остров. При этом первыми (уже через 3 года) на вулканическом туфе и пепле появились пленки цианобактерий. Процесс становления устойчивых сообществ на острове продолжается; лесные ценозы еще находятся на ранних стадиях сукцессии и сильно упрощены по структуре.
Наконец, чрезвычайно важна роль консументов, в первую очередь животных, как регуляторов интенсивности потоков вещества и энергии по трофическим цепям. Способность к активной авторегуляции био- массы и темпов ее изменения на уровне экосистем и популяций отдельных видов в конечном итоге реализуется в виде поддержания соответствия темпов создания и разрушения органического вещества в глобальных системах круговорота. Участвуют в такой регуляторной системе не только консументы, но последние (особенно животные) отличаются наиболее активной и быстрой реакцией на любые возмущении баланса биомассы смежных трофических уровней.
В принципе система регулирования потоков вещества в биогенном круговороте, основанная на комплементарности составляющих эту систему экологических категорий живых организмов, работает по принципу безотходного производства. Однако в идеале этот принцип соблюден быть не может в силу большой сложности взаимодействующих процессов и влияющих на них факторов. Результатом нарушения полноты круговорота явились отложения нефти, каменного угля, торфа, сапропелей. Все эти вещества несут в себе энергию, первоначально запасенную в процессе фотосинтеза. Использование их человеком — как бы «отставленное во времени» завершение циклов биологического круговорота.
Редуценты
К этой экологической категории относятся организмы-гетеротрофы, которые, используя в качестве пищи мертвое органическое вещество (трупы, фекалия, растительный опад и пр.), в процессе метаболизма разлагают его до неорганических составляющих.
Частично минерализация органических веществ идет у всех живых организмов. Так, в процессе дыхания выделяется СО2, из организма выводятся вода, минеральные соли, аммиак и т.д. Истинными редуцентами, завершающий цикл разрушения органических веществ, следует поэтому считать лишь такие организмы, которые выделяют во внешнюю среду только неорганические вещества, готовые к вовлечению в новый цикл.
В категорию редуцентов входят многие виды бактерий и грибов. По характеру метаболизма это организмы-восстановители. Так, девитрифицирующие бактерии восстанавливают азот до элементарного состояния, сулъфатредуцирующие бактерия — серу до сероводорода. Конечные продукты разложения органических веществ — диоксид углерода, вода, аммиак, минеральные соли. В анаэробных условиях разложение идет дальше — до водорода; образуются также углеводороды.
Полный цикл редукции органического вещества более сложен и вовлекает большее число участников. Он состоит из ряда последовательных звеньев, в череде которых разные организмы-разрушители поэтапно превращают органические вещества сначала в более простые формы и только после этого в неорганические составляющие действием бактерий и грибов.
Уровни организации живой материи
Совместная деятельность продуцентов, консументов и редуцентов определяет непрерывное поддержание глобального биологического круговорота веществ в биосфере Земли. Этот процесс поддерживается закономерными взаимоотношениями составляющих биосферу пространственно-функциональных частей и обеспечивается особой системой связей, выступающих как механизм гомеостазирования биосферы — поддержания ее устойчивого функционирования на фоне изменчивых внешних и внутренних факторов. Поэтому биосферу можно рассматривать как глобальную экологическую систему, обеспечивающую устойчивое поддержание жизни в ее планетарном проявлении.
Любая биологическая (в том числе и экологическая) система характеризуется специфической функцией, упорядоченными взаимоотношениями составляющих систему частей (субсистем) и основывающимися на этих взаимодействиях регуляторными механизмами, определяющими целостность и устойчивость системы на фоне колеблющихся внешних условий. Из сказанного выше ясно, что биосфера в ее структуре и функции соответствует понятию биологической (экологической) системы.
На уровне биосферы как целого осуществляется всеобщая функциональная связь живого вещества с неживой природой. Ее структурно-функциональными составляющими (подсистемами), на уровне которых осуществляются конкретные циклы биологического круговорота, являются биогеоценозы (экосистемы).
Биотические факторы окружающей среды (Биотические факторы; Биотические экологические факторы; Biotic factors; Biological factors; от греч. Biotikos - жизненный) - факторы живой среды, влияющие на жизнедеятельность организмов.
Действие биотических факторов выражается в форме взаимовлияний одних организмов на жизнедеятельность других организмов и всех вместе на среду обитания. Различают прямые и косвенные взаимоотношения между организмами.
Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции.
Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Возможные типы комбинации отражают различные виды взаимоотношений:
Совокупность физических и химических факторов неживой природы, воздействующих на организм в среде его обитания — фактор абиотический
Продуценты, Консументы, Редуценты
Продуценты — это организмы, производящие органические соединения из неорганических. Продуценты (в большинстве своем зеленые растения) создают органические вещества в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. Эти органические вещества используются продуцентами как источник энергии и как строительный материал для клеток и тканей организма.
Фотосинтез может быть представлен следующим образом:
Хемосинтез – преобразование неорганических соединений в питательные органические вещества в отсутствие солнечного света, за счет энергии химических реакций.
Только продуценты способны сами производить для себя пищу. Более того, они непосредственно или косвенно обеспечивают питательными элементами консументов и редуцентов.
По типу питания все продуценты являются автотрофами — сами производят органические вещества из неорганических. Консументы и редуценты по типу питания являются гетеротрофами — питаются органическим веществом, произведенным другими живыми организмами.
Консументы – организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию, питаясь живыми организмами — продуцентами или другими консументами.
В зависимости от источников питания консументы подразделяются на три основных класса:
— фитофаги (растительноядные) – это консументы 1-го порядка , питающиеся исключительно живыми растениями. Например, птицы едят семена, почки и листву.
— хищники (плотоядные) – консументы 2-го порядка , которые питаются исключительно растительноядными животными (фитофагами), а также консументы 3-го порядка , питающиеся только плотоядными животными.
— эврифаги (всеядные), которые могут поедать как растительную, так и животную пищу. Примерами являются свиньи, крысы, лисы, тараканы, а также человек.
Редуценты – организмы, получающие питательные вещества и необходимую энергию питаясь останками мертвых организмов (животных, растений). (Гетеротрофные организмы в экосистеме называют также редуцентами.)
Существует два основных класса редуцентов:
1. Детритофаги – напрямую потребляют мертвые организмы или органические остатки. (пример: шакалы, грифы, дождевые черви).
2. Деструкторы – разлагают мертвую органическую материю на простые неорганические соединения (процесс гниения и разложения). Примером могут служить грибы и микроскопические одноклеточные бактерии.
Количество особей данного вида на единице площади или в единице объема (например, для планктона) – этоплотность популяции
ПИЩЕВАЯ СЕТЬ, система взаимосвязей между ПИЩЕВЫМИ ЦЕПЯМИ, зачастую довольно сложная. Схематически ее можно представить в виде скрещивающихся линий, соединяющих различные звенья пищевых цепей, напоминающих сеть. Пищевая сеть объединяет растения и животных. Разнообразие пищевых взаимоотношений между организмами в экосистемах, включающее потребителей и весь спектр их источников питания осуществляетпищевая сеть.
Между автотрофами и гетеротрофами в экосистемах существуют сложные пищевые взаимодействия. Одни организмы поедают другие, и таким образом осуществляют перенос веществ и энергии — основу функционирования экосистемы.
Внутри экосистемы органические вещества создаются автотрофными организмами, например, растениями. Растения поедают животные, которых, в свою очередь, поедают другие животные. Такая последовательность называется пищевой цепью (рис.1), а каждое звено пищевой цепи называется трофическим уровнем .
Пищевая цепь — система передачи вещества и энергии от организма к организму, в которой каждый предыдущий организм истребляется последующим.
Графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами, выраженное в единицах массы — это пирамида численности.
Самая низкая биомасса растений и продуктивностьв тундре
Способность к восстановлению и поддержанию определенной численности в популяции называется саморегуляцией популяции
На зиму у растений откладываются запасные вещества — углеводы
Эндемический вид — группа организмов, ограниченная в своем распространении и встречается в каком-либо одном месте (географической области)
Изменение видового состава биоценоза, сопровождающегося повышением устойчивости сообщества, называется сукцессией
Факторы среды, взаимодействующие в биогеоценозе — абиотические и биотические
Национальный парк – это территории, исключенные из хозяйственной деятельности с целью сохранения природных комплексов, имеющих особую экологическую, историческую, эстетическую ценность, а также используемые для отдыха и в культурных целях.
Памятники природы — это уникальные или типичные, ценные в научном, культурно-познавательном или эстетическом отношении природные объекты (рощи, озера, старинные парки, живописные скалы и т.д.)
Трофические цепи и уровни
Экосистема А. Тенсли
Экологическая система – совокупность сообщества (биоценоза) и среды обитания, находящиеся в закономерной взаимосвязи друг с другом. Примером, экосистемы должна быть, озеро, капля воды, космический аппарат и т.д.
Термин ʼʼэкосистемаʼʼ и ʼʼбиогеоценозʼʼ близки друг к другу, но не являются синонимами. Экологическая система есть любая совокупность организмов и окружающая их среда. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, экосистема — ϶ᴛᴏ и капля воды с ее микробным населением, и лес, и горшок с цветком, и космический пилотируемый корабль, и сооружение для биологической очистки сточных вод (аэротенк, биофильтр). Под определение биогеоценоза они не попадают, так как им не свойственны многие признаки этого определения, и в первую очередь такой элемент как ʼʼгеоʼʼ – Земля. Биогеоценозы — ϶ᴛᴏ природные образования.
Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, понятие ʼʼэкосистемаʼʼ шире, чем ʼʼбиогеоценозʼʼ. Любой биогеоценоз является экосистемой, но не всякая экосистема есть биогеоценоз.
Основная функция биогеоценозов (экосистем) – поддержание круговорота веществ в биосфере, она базируется на пищевых взаимоотношениях видов. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, в биогеоценозе образуется цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим (см. рис. 4.1). Такую цепь называют трофической (греч. трофи – питаюсь).
При всем многообразии видов, входящих в состав различных сообществ, каждый биоценоз включает представителей всех трех принципиальных экологических групп организмов – продуцентов, редуцентов и консументов.
В конкретных биоценозах продуценты, консументы и редуценты представлены популяциями многих видов, состав которых специфичен для каждого отдельного сообщества.
Функционально же все виды распределяются на несколько групп исходя из их места в общей системе круговорота веществ и потока энергии.
Равнозначные в данном смысле виды образуют определенный трофическийуровень , а взаимоотношения между видами различных уровней – систему цепей питания.
1. Продуценты (лат. producentis — производящий) — ϶ᴛᴏ живые организмы, которые способны синтезировать органические вещества из неорганических составляющих с использованием внешних источников энергии.
Продуценты делятся на:
- Фотоавтотрофов;
- Хемоавтотрофов.
Рис. 4.1 Упрощенная схема переноса вещества и энергии в процессе биологического круговорота.
Фотоавтотрофы – используют для синтеза солнечную энергию в части спектра, с длинной волны (380-710 нм).
Это зеленые растения (хлорофиллоностные), а также цианобактерии (сине-зеленые – ʼʼводорослиʼʼ).
Хемоавтотрофы – используют энергию химических связей.
К ним относятся: прокариоты (бактерии, архебактерии и некоторые сине-зеленые). Химическая энергия высвобождается в процессе окисления минеральных веществ.
2. Консументы (от лат. consumo – потреблять, съедать) – живые существа, неспособные строить свое тело на базе использования неорганических веществ, требуются поступление органического вещества извне, за счёт продуцентов, синтезированных продуцентами.
Подразделяются на:
– консументы 1-го порядка – питаются непосредственно продуцентами.
– консументы 2-го порядка – питаются консументами 1-го порядка.
На этом трофическая цепь не всегда заканчивается, и вторичный консумент может служить источником питания для консументов 3-го порядка и т.д.
Цепи бывают относительно простыми (ʼʼосинаʼʼ — ʼʼзаяцʼʼ — ʼʼлисаʼʼ) и более сложными (ʼʼтраваʼʼ — ʼʼнасекомоеʼʼ — ʼʼлягушкаʼʼ — ʼʼзмеяʼʼ — ʼʼястребʼʼ).
Основная функция консументов: поддерживать устойчивость биологического круговорота. Для устойчивого функционирования экосистем важен принцип разнообразия.
3. Редуценты (от лат. reducents – восстанавливающий, возвращающий) – живые организмы, которые разлагают органические остатки всех трофических уровней продуцентов и консументов до минерального вещества.
В процессе питания на всех трофических уровнях образуются ʼʼотходыʼʼ. Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья.
Какова роль продуцентов в естественных и искусственных экосистемах?
Значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает.
В итого все созданное органическое вещество должно заменится в результате минерализации. По этой причине, основная функция редуцентов (а это бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные) являются разложение ʼʼотходовʼʼ до минеральных веществ. Интенсивность минерализации во многом зависит от температуры, влажности и других факторов.
Экологическая роль редуцентов
Редуценты возвращают минеральные соли в почву и воду, делая их доступными для продуцентов -автотрофов, и таким образом замыкают биотический круговорот. Поэтому экосистемы не могут обходиться без редуцентов (в отличие от консументов, которые, вероятно, отсутствовали в экосистемах в течение первых 2 млрд лет эволюции, когда экосистемы состояли из одних прокариот).
Абиотические и биотические факторы регуляции экосистем
Исследованиями Н. И. Базилевич и др. (1993) установлено, что в наземных экосистемах различают две группы факторов, регулирующих деструкционные процессы, играющие весьма существенную роль в биологическом круговороте.
См. также
Источники
- Бигон М., Харпер Дж., Таунсенд К. Экология. Особи, популяции и сообщества: в 2-х т. М.: Мир, 1989. - 667 с., илл.
- Вронский А. В., Прикладная экология: учебное пособие. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 1996, 512 с. ISBN 5-85880-099-8
- Гарин В. М., Клёнова И. А., Колесников В. И. Экология для технических вузов. Серия «Высшее образование». Под ред. проф. В. М. Гарина. Ростов н/Д.: Изд-во «Феникс», 2003, 384 с. ISBN 5-222-03768-1
| Экосистема | |
|---|---|
| Экосистемы | Экосистемы суши · Морские экосистемы · Пресноводные экосистемы · Типы экосистем · Биогеоценоз · Биом · Биосфера · Природный территориальный комплекс · Искусственные экосистемы |
| Функциональные компоненты | Продуценты (автотрофы) · Консументы · Редуценты |
| Структурные компоненты | Зооценоз · Фитоценоз · Биоценоз · Синузия · Ценоячейка · Эдификатор · Консорция |
| Абиотические компоненты | Биогенные элементы · Микроклимат · Физические факторы · Экотоп · Климатоп · Биотоп |
| Функционирование | Сукцессия · Сукцессионный ряд · Деградация экосистем · Эволюция экосистем |
| Загрязнение экосистем | Загрязнение пресных вод · Загрязнение океанов · Загрязнение атмосферы · Загрязнение почв |
Wikimedia Foundation . 2010 .
Смотреть что такое "Редуценты" в других словарях:
Редуценты - [от лат. reducens (reducentis) возвращающий, восстанавливающий], деструкторы, биоредуценты, организмы, разлагающие мертвое органических вещество и превращающие его в неорганическое вещество, усваиваемое другим организмами. К редуцентам относятся … Экологический словарь
Гетеротрофные организмы, превращающие в ходе жизнедеятельности органические остатки в неорганические вещества. Типичными редуцентами являются бактерии и грибы. Редуценты заключительное звено в пищевой цепи в экологической пирамиде. лат.Редуцере… … Словарь бизнес-терминов
- (от лат. reducens род. п. reducentis возвращающий, восстанавливающий), организмы (сапротрофы), разлагающие мертвое органическое вещество (трупы, отбросы) и превращающие его в неорганические вещества, которые в состоянии усваивать другие организмы … Большой Энциклопедический словарь
- (от лат. reducens, род. падеж reducentis возвращающий, восстанавливающий), деструкторы, организмы, питающиеся мёртвым органич. веществом и подвергающие его минерализации (деструкции), т. е. разрушению до б. или м. простых неорганич. соединений, к … Биологический энциклопедический словарь
Организмы, питающиеся мертвым органическим веществом и подвергающие его минерализации, т. е. разрушению до более или менее простых неорганических соединений, которые затем используются продуцентами. К Р. относят главным образом бактерии и грибы.… … Словарь микробиологии
редуценты - Такие организмы, как бактерии и грибы, которые питаются неживой протоплазмой, вызывая ее разложение и, в конце концов, растворение в жидкой среде. Тематики океанология EN… … Справочник технического переводчика
Ов; мн. (ед. редуцент, а; м.). [лат. reducens (reducentis) возвращающий, восстанавливающий] Биол. Организмы, разлагающие мёртвое органическое вещество и превращающие его в неорганическое, служащее пищей другим организмам. * * * редуценты (от лат … Энциклопедический словарь
редуценты - skaidytojai statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Organizmai (pvz., bakterijos, kai kurie grybai), skaidantys organines medžiagas į paprastesnius neorganinius junginius, kuriuos augalai panaudoja savo mitybai. atitikmenys: angl.… … Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas
- (лат. reduco отводить назад, возвращать, восстанавливать; от ре + duco вести) организмы, минерализующие органические вещества, в т. ч. продукты диссимиляции других организмов; к Р. относятся бактерии и грибы … Большой медицинский словарь
- (от лат. reducens, родительный падеж reducentis возвращающий, восстанавливающий) организмы (Сапрофиты), минерализующие мёртвое органическое вещество, т. е. разлагающие его до более или менее простых неорганических соединений; подавляющее… … Большая советская энциклопедия
Продуценты – организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).
Редуценты – организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органическое вещество в неорганическое (большинство микроорганизмов, грибы).
Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганические соединения. Классификация эта относительна, так как и консументы, и сами продуценты выступают частично в роли редуцентов, в течение жизни выделяя в окружающую среду минеральные продукты обмена веществ.
В принципе круговорот атомов может поддерживаться в системе и без промежуточного звена - консументов, за счет деятельности двух других групп. Однако такие экосистемы встречаются скорее как исключения, например в тех участках, где функционируют сообщества, сформированные только из микроорганизмов. Роль консументов выполняют в природе в основном животные, и их деятельность по поддержанию и ускорению циклической миграции атомов в экосистемах сложна и многообразна.
Пищевые цепи и трофические уровни
Органические молекулы , синтезированные автотрофами, служат источником питания (вещества и энергии) для гетеротрофных животных. Этих животных в свою очередь поедают другие животные и таким путем происходит перенос энергии через ряд организмов, где каждый последующий питается предыдущим. Такая последовательность называется пищевой цепью, а каждое звено цепи соответствует определенному трофическому уровню (от греч. troph - еда). Первый трофический уровень всегда составляют автотрофы, называемые продуцентами (от лат. producere - производить). Второй уровень - это растительноядные (фитофаги), которых называют консументами (от лат. consumo - «пожираю») первого порядка; третий уровень (допустим, хищники) - консументы второго порядка и т. д.
В экосистеме обычно бывает 4-5 трофических уровней и редко больше 6. Частично это обусловлено тем, что на каждом из уровней часть вещества и энергии теряется (неполное поедание пищи, дыхание консументов, «естественная» гибель организмов и т. п.); такие потери отражены на рисунке и подробнее обсуждаются в соответствующей статье. Однако, судя по результатам недавних исследований, длина пищевых цепей ограничивается и другими факторами. Возможно, существенную роль играют доступность предпочитаемой пищи и территориальное поведение, снижающее плотность расселения организмов, а, значит, и численность консументов высших порядков в конкретном местообитании. По существующим оценкам, в некоторых экосистемах до 80% первичной продукции не потребляется фитофагами. Мертвый же растительный материал становится добычей организмов, питающихся детритом (детритофа-гов) или редуцентов (деструкторов). В таком случае говорят о детритных пищевых цепях. Детрит-ные пищевые цепи преобладают, например, в дождевых тропических лесах.
Продуценты
Практически все продуценты - фотоавтотрофы, т. е. зеленые растения, водоросли и некоторые прокариоты, например цианобактерии (раньше их называли сине-зелеными водорослями). Роль хемоавтотрофов в масштабах биосферы пренебрежимо мала. Микроскопические водоросли и цианобактерии, составляющие фитопланктон, являются главными продуцентами водных экосистем. Напротив, на первом трофическом уровне наземных экосистем преобладают крупные растения, например деревья в лесах, травы в саваннах, степях, на полях и т. д.
Поток энергии и круговорот веществ в типичной пищевой цепи. Обратите внимание, что между хищниками и детритофагами, а также редуцентами, возможен двусторонний обмен: детритофаги питаются мертвыми хищниками, а хищники в ряде случаев поедают живых детритофагов и редуцентов. Фитофаги - консументы первого порядка; плотоядные - консументы второго, третьего и т. д. порядков.
Консументы первого порядка
На суше основные фитофаги - насекомые, рептилии, птицы и млекопитающие. В пресной и морской воде это обычно мелкие ракообразные (дафнии, морские желуди, личинки крабов и т. д.) и двустворчатые моллюски; большинство их - фильтраторы, отцеживающие продуцентов, как описано в соответствующей статье. Вместе с простейшими многие из них входят в состав зоопланктона - совокупности микроскопических дрейфующих гетеротрофов, которые питаются фитопланктоном. Жизнь океанов и озер почти полностью зависит от планктонных организмов, составляющих фактически начало всех пищевых цепей в этих экосистемах.
В числе биологических компонентов, слагающих экосистему, четко выделяют три группы организмов׃ продуценты, консументы и редуценты.
Продуценты – организмы, создающие органическое вещество из неорганических соединений (автотрофы – растения, создающие органическое вещество путем фотосинтеза, хемотрофы – некоторые организмы, создающие органику за счет химических реакций).
Редуценты – организмы, в ходе жизнедеятельности превращающие органическое вещество в неорганическое (большинство микроорганизмов, грибы).
Соотношение биомассы продуцентов, консументов и редуцентов определяет каркасную структуру экосистемы. Обычно это соотношение графически изображают как пирамиду (пирамиду масс, реже чисел, подразумевается число особей). Как правило, основная доля биомассы приходится на продуцентов, число консументов первого порядка существенно меньше, еще меньше совокупность консументов второго порядка и т.д. При переходе от одной ступени пирамиды к другой теряется от 7 до 15% энергии. Поэтому число ступеней пирамиды ограничено, обычно 5 – 7.
Важнейший компонент экосистемы – организмы – в той или иной мере определяют ее облик. При этом одни из них формируют его в большей степени, чем другие. Виды, играющие основную роль в создании биосреды в экосистеме, называются эдификаторами. Обычно это растения. Однако и животные могут играть эту роль, например, сойка, распространяющая желуди, сурки, создающие (меняющие) условия произрастания растений в степи, почвенные или глубоководные животные (в глубинах океана растения отсутствуют). Организмы, менее влияющие на создание среды и облика экосистемы, называются ассектаторами. Условия их существования определяются эдификаторами.
Существенным свойством экосистемы является время ее существования. Вообще, под системным временем (характерным собственным временем системы) подразумевают время, рассматриваемое в масштабе периода существования данной системы или происходящих в ней процессов. Например, время жизни особи, смены поколений, продолжительности существования вида организмов планеты. Для каждой из перечисленных выше систем характерны своя пространственная протяженность (объем, площадь) и масса, а также (минимальное) количество подсистем, позволяющее системе существовать и функционировать. Можно отметить, что время жизни биосферы больше, чем время существования умеренных лесов северного полушария планеты, а время существования конкретного участка леса или поляны меньше, чем лесной зоны в целом.
В ходе развития нашей планеты менялся качественно и количественно состав компонентов. Естественно, что изменялись и сами экосистемы. Способность экосистем адаптироваться к изменениям весьма важна. Экосистема представляет собой совокупность разных компонентов. В то же время ее особенности определяются не только суммой их свойств. Универсальное свойство экосистем – их эмерджентность (от англ. – возникновение, появление нового). Так, лес – не одно дерево, а множество, которое образует новое свойство. Понятно, что одно дерево или даже десяток деревьев еще не лес.
Различают циклическую (флуктуационную) и поступательную динамику экосистем (в последнем случае можно говорить о развитии). К числу циклических изменений относят различные (по времени) типы динамики. Самый простой из них – суточный (связан с изменением освещенности, фотосинтеза, активности дневных, сумеречных или ночных животных). Сезонная динамика определяется положением планеты по отношению к солнцу, что вызывает чередование весны, лета, осени и зимы. Солнечная активность определяет многолетнюю динамику экосистем (2-, 4-, 11-летние циклы и т.п.). Более сложными космическими и планетарными процессами определяются длительные циклы, протяженность которых охватывает периоды от нескольких десятилетий до миллионов лет. Для циклических изменений экосистем характерны их более или менее правильная периодичность.
Поступательная динамика экосистем обычно связана с внедрением в их состав новых видов либо сменой одних видов другими.
В конечном счете и тот и другой процесс приводят к смене биоценозов или экосистем в целом. Такие смены получили название сукцессий (от лат. сукцессио – преемственность, наследование). В случае, если сукцессия обуславливается внешними по отношению к экосистемам факторами, говорят об экзогенных сукцессиях, когда изменение возникает под действием внутренних причин – об эндогенных.
Экзогенные сукцессии могут быть вызваны изменением климата, такие процессы могут идти сто или даже тысячи лет, поэтому их называют вековыми.
В ходе эволюции жизни на Земле биологические виды преобразуются в новые формы. В таком случае можно говорить об эндогенных сукцессиях.
Если изменения вызваны деятельностью человека, говорят об антропогенных сукцессиях. Так, на месте вырубки или пожарища, уничтоживших лес (следует иметь в виду, что 98% лесных пожаров в нашей стране вызываются человеком), последовательно возникают территории, поросшие травянистыми растениями, затем появляются кустарники, кустарники в конце концов скрываются под пологом лиственных деревьев. Под пологом лиственного леса подрастают хвойные породы деревьев, которые, проникая в верхний ярус, образуют смешанный лес. Лиственные деревья короткоживущи по сравнению с хвойными, они постепенно выпадают из верхнего яруса, в результате чего в конце концов на месте гари и вырубки формируется хвойный лес.
В целом независимо от того, идет ли естественная экзо- или эндогенная сукцессия или антропогенная, общими закономерностями будут׃
– последовательное заселение живыми организмами;
– увеличение видового разнообразия живых организмов;
– постепенное обогащение почвы органическими веществами;
– возрастание плодородия почвы;
– усиление связей между различными видами или трофическими группами организмов;
– изменение числа экологических ниш;
– постепенное формирование все более сложных экосистем и биоценозов.
Более мелкие по размеру виды, особенно растительные, как правило, сменяются более крупными, интенсифицируются процессы обмена, круговорота веществ и т.д. Такие сукцессионные ряды заканчиваются слабо меняющимися экосистемами, которые называются климаксными (от греческого klimaks – лестница), коренными или узловыми. В определенных климатических условиях последовательность смен, видовой состав участвующих в них видов имеют свою специфику. При этом каждой стадии, включая климаксную, свойствен свой набор видов, который, во-первых, типичен для данного региона, во-вторых, состоит из наиболее приспособленных к конкретной стадии организмов.
Следует отметить, что развитие экосистемы продолжается и после достижения ею климаксной стадии.
Может меняться состав и численность отдельных видов, в то же время общим для климаксов является сходство видов-эдификаторов, которые в наибольшей мере определяют условия существования в экосистеме всех организмов. Поскольку в одинаковых климатических условиях набор эдификаторов предопределен, каждый ряд завершается однотипной экосистемой (моноклимаксом).
Наиболее типичные ряды в полосе южной тайги России׃
– темнохвойных лесов;
– светлохвойных лесов;
– ивово-ольшатниковых лесов;
– луговых экосистем и т.п. (3.1, 3.2).
Таблицы иллюстрируют типичные смены в каждом ряду (на примере Камского Приуралья и Верхнеленья). Таким образом, способность экосистем к сукцессионному развитию является их функциональным свойством, определяющим возможность их саморегуляции (самовосстановления). В определенной мере с этой способностью связано и другое, не менее фундаментальное, свойство экосистем – их устойчивость (стабильность).
Представление об устойчивости экосистем разрабатывалось в рамках ряда фундаментальных наук. Так, математики полагают, что математическая устойчивость выражается в том, что изучаемый процесс, проявляющийся в преобразовании некоторой величины (функции), начавшись из фиксированной области, не должен привести к выходу этой величины за пределы заранее определенной области, в общем случае не совпадающей с начальной.
Физически устойчивым является такое состояние системы, к которому она самопроизвольно возвращается, будучи выведена из него внешними силами. С физической точки зрения восстанавливается состояние наиболее вероятное – с наименьшим уровнем свободной энергии. Наглядной моделью физически устойчивой системы служит металлический шарик, скатывающийся к самому низкому участку ямки, сколько бы мы ни поднимали его на “откосы”.
Наряду с устойчивостью, в экологии широко применяется термин “гомеостазис” или “гомеостаз”, возможно, заимствованный из физиологии. Гомеостатическая система – это система, в которой стабильность важных для ее существования параметров поддерживается специальными регуляторами вопреки изменениям среды. В экологии под устойчивостью экосистемы понимают ее способность к реакциям, пропорциональным величине силы воздействия. Неустойчивость экосистемы – ее несоответственно большой отклик на относительно слабое воздействие. Таким образом, говоря об экологической устойчивости, мы подразумеваем способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные особенности при воздействии внешних (и внутренних для глобальных экосистем) факторов.
Нередко экологическая устойчивость рассматривается как синоним стабильности, т.е. как способность экосистемы противостоять абиотическим и биотическим факторам среды, включая антропогенные воздействия.
Таблица 3.1
Ряды смен биоценозов южной тайги Верхнеленья
|
Коренные (климаксовые) стадии |
Производные стадии |
|||||
|
Водораздельный темнохвойный лес |
Сухая гарь |
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
|||
|
Увлажненная гарь |
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
||||
|
Увлажненный водораздельный темнохвойный лес |
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
||||
|
Островной темнохвойный лес |
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
||||
|
Светлохвойный лес |
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
||||
|
Молодой сосняк |
||||||
|
Коренные (климаксовые) стадии |
Производные стадии |
|||||
|
Остепненный светлохвойный лес |
“Степоид” |
|||||
|
Заросли кустарников |
Молодой светлохвойный лес |
|||||
|
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
|||||
|
Приречный ельник |
Заросли кустарника |
|||||
|
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
|||||
|
Приручьевой ельник |
Заросли кустарников |
Смешанный лес |
||||
|
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
|||||
|
Мелколиственный лес |
Смешанный лес |
|||||
Таблица 3.2
Ряды смен биоценозов южной тайги Камского Приуралья
|
Коренные (климаксовые *) стадии |
Производные стадии |
|||||
|
Темнохвойный лес |
Вырубка травянистая |
Вырубка кустарниковая |
Березник |
Смешанный лес |
||
|
Вырубка травянистая |
Вырубка кустарниковая |
Молодой ельник |
||||
|
Светлохвойный лес |
Вырубка травянистая |
Вырубка кустарниковая |
Березник |
Смешанный лес |
||
|
Вырубка травянистая |
Вырубка кустарниковая |
Молодой сосняк (жердняк) |
||||
|
Искусственные посадки сосны на месте вырубленных сосняков |
Молодой сосняк |
Смешанный лес |
||||
|
Вырубка травянистая |
Материковый луг |
Заросли кустарников |
Березняк Молодой сосняк |
Смешанный лес |
||
* Ряд смен хвойно-широколиственного леса не рассматривается, т.к. в Прикамье такие насаждения характерны для подзоны смешанных лесов, а не для южной тайги.
Если попытаться проанализировать механизмы, обеспечивающие устойчивость (стабильность) экосистем, то можно отметить, что они могут реализовываться на уровне собственно экосистем и на двух более низких уровнях – популяции и отдельного организма.
Можно выделить семь таких механизмов׃
1. Многие абиотические системы обладают свойством устойчивости в том смысле, что после нарушений, вызванных вмешательством каких-то внешних сил, они восстанавливают свою структуру. Примером может служить бессточное озеро, автоматически восстанавливающее нейтральный баланс своей водной массы.
Другие 6 групп механизмов сохранения устойчивости экосистем связаны с живой материей.
Уровень отдельных организмов
2. Физиологические адаптации живых существ к неблагоприятным воздействиям среды. Так, регулирование транспирации (испарения воды) позволяет растениям существовать при различных уровнях влажности воздуха и субстратов, а также при различных температурах.
3. Фенотипическая изменчивость организмов обеспечивает им во взрослом состоянии наибольшее соответствие окружающей обстановке. Так, у животных, выросших в разных условиях, варьирует длина шерсти, толщина подкожного слоя жира и т.д.
4. “Убегание” от неблагоприятных воздействий. Так, обитатели пустыни, будучи на поверхности земли, мгновенно погибли бы от перегрева, находясь же на ветке саксаула или зарываясь в грунт, они как бы « убегают » от воздействия высоких температур. От зимних морозов многие животные спасаются, впадая в спячку, и т.п.
Популяционный уровень
5. Эволюционный механизм, движущий и стабилизирующий отборы, описанные русским академиком И.И. Шмальгаузеном, позволяет популяциям противостоять длительным изменениям среды путем выработки и закрепления в потомстве соответствующих приспособлений, стабилизирующий отбор сохраняет особей со средним значением признаков. Так, на островах, открытых действию ветров, доминирует разрывающий отбор, сохраняющих особей хорошо летающих (с длинными крыльями, быстро летающие) или вообще не летающих (не летающие птицы Новой Зеландии, бескрылые осы, мухи и т.п. на других островах). Сильные порывы ветра могут погубить короткокрылых птиц, которые не успевают добраться до убежища или, наоборот, длиннокрылых, которые пытаются противостоять сильным порывам ветра (стабилизирующий отбор). Последнее было показано И.И. Шмальгаузеном на воробьях, среди которых сохраняются, как правило, особи со средней длиной крыла.
Экосистемный уровень
6. Экосистемный механизм обеспечивает замену отдельных организмов и даже целых популяций в случае их гибели в результате неблагоприятных воздействий. Это позволяет экосистеме восстановить наружную структуру, сохраняя высокий уровень использования энергетических и вещественных ресурсов. Возможность замены тем больше, чем богаче выбор наличных видов с разными экологическими особенностями. Отсюда понятно, чем объясняется обнаруженная экологами закономерность: с увеличением видового разнообразия в экосистеме повышается ее устойчивость по отношению к природным и антропогенным воздействиям.
7. Особняком стоит деятельность человеческих популяций, выражающаяся в создании искусственных средств защиты устойчивости. Сюда можно отнести не только одежду, жилище, но и орудия труда, охотничье и боевое оружие, машины и многое другое. Этот механизм, который реализуется в создании специализированных информационных систем, наук, технологий, может быть назван социальным.
Существенным моментом устойчивости экосистем является и характер воздействия на них различных факторов. Так, кратковременные воздействия слабо влияют на устойчивость, однако длительное воздействие может вызвать катастрофическое изменение экосистемы. К таким же разрушительным последствиям приводят воздействия на большое число компонентов или на значительную часть территории, занимаемую экосистемой. Можно сказать, что чем дольше длится воздействие, чем большую площадь оно захватывает, чем на большее число компонентов влияет, тем больше вероятность разрушения экосистемы.
Существуют экосистемы с различной устойчивостью. Так, тундровые и пустынные экосистемы рассматриваются как малоустойчивые, а тропические леса, максимально богатые по видовому составу, – как самые устойчивые.
Для экосистем с низкой устойчивостью характерны вспышки численности отдельных видов (в тундре в отдельные годы невероятно высока численность леммингов). Кроме того, низкоустойчивые системы легко разрушаются под влиянием внешних воздействий (перевыпаса, технических нагрузок и т.п.). Например, в тундре колеи после проезда тяжелых вездеходов могут сохраняться многие годы. К числу неустойчивых экосистем относятся и агроэкосистемы, создаваемые человеком, что объясняют обычно возделыванием одной культуры (монокультуры) или очень немногих видов растений (викоовсяное поле и т.п.).