Причины устойчивости и смены экосистем кратко

Стадии развития биогеоценозов

Сукцессия – это естественная смена одного биогеоценоза другим. Любая экосистема способна претерпевать изменения в своем составе и развитии. Естественная конкуренция между видами организмов приводит к перестройке всей экосистемы, результатом которой являются изменения в биогеоценозах. Причины смены в этом случае – это появление новых растений и животных, которые более приспособлены к данной местности. Примером может случить лиственный лес, который состоит из клена, сосны, березы и других деревьев. Через длительный промежуток времени эти растения вытесняются хвойными.

Стадии сукцессии проще всего объяснять, опираясь на растительный состав биогеоценоза. Флора оказывает наибольшее влияние на дальнейшее формирование биотопа и фауны, что объясняет классификацию этапов развития.

Первая стадия представляет собой мелкий травяной покров, высота которого может не превышать полметра. Это обычные луга, флора которого состоит преимущественно из различных многолетних и однолетних трав, цветов, хвощей и папоротников.

Вторая стадия характеризуется появлением в биогеоценозе кустарников. Фауна также претерпевает изменения, что отражается на межвидовых связях.

Третья стадия – это развитие широколиственного леса, которая может длиться большой промежуток времени. Появляются новые виды деревьев, животных и микроорганизмов. В биогеоценозе с бурным развитием флоры формируется ярусность: появляется подстилка леса, животные осваивают новые территории и места обитания.

Четвертая стадия называется климаксовой, или климаксом. Она представляет собой хвойные леса, которые постепенно заменяют лиственные путем затемнения нижних ярусов. В итоге такие светолюбивые растения, как береза, дуб, ясень не могут вырасти до нормальных размеров. Четвертая стадия является конечной в развитии биогеоценоза, т. к. здесь наблюдаются наименьшие потери энергии, более тесные и развитые связи между организмами.

Понятие сукцессии

Сукцессия переводится с латинского как «преемственность», исходя из этого, сформулируем понятие экологической сукцессии.

Под сукцессией подразумевают последовательную необратимую смену биоценозов, преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов или воздействия человека.

В зависимости от состояния и свойств среды различают сукцессии первичные и вторичные.

Первичная сукцессия развивается на лишенных жизни местах – голых скалах, застывшей лаве, высохшем озере. Разберем первичную сукцессию на примере. Изначально на камнях поселяются неприхотливые организмы – бактерии, лишайники. Эти организмы осуществляют биологическое выветривание, то есть разрушение верхних участков поверхности. Основную роль играют почвообразовательные процессы. Лишайники, выделяя органические кислоты, разрушают горные породы, а разложение их слоевищ способствует формированию верхнего плодородного слоя почвы. Бактерии, расщепляя органическое вещество лишайников, способствуют накоплению минеральных элементов. Постепенно формируется почва, изменяется гидрологический режим и микроклимат данного участка.

В первичной сукцессии появляется мелкая растительность и некоторые животные. Такая смена экосистемы длится тысячи лет, в результате формируется сложное сообщество с высшими организмами.Биологическая продуктивность такой экосистемы повышается постепенно, с появлением новых видов.

Вторичная сукцессия развивается на месте сформировавшихся экосистем после их нарушения в результате эрозии, вулканических извержений, засухи и других природных катаклизм. В таком месте сохраняются богатые жизненные ресурсы, что влечет за собой довольно быструю смену сообщества. Примером вторичной сукцессии может служить заброшенные сельскохозяйственные угодья. На первом этапе здесь происходит постепенное зарастание поля сорняками. В почве присутствуют различные корневища, а так как не будет осуществляться обработка, то начнут появляться кустарники, а затем и деревья. Повышение продуктивности такой экосистемы происходит значительно быстрее, при развитии первичной сукцессии.

Общей закономерностью всех сукцессий является их прогрессивный характер. Происходит формирование плодородной почвы, развитие растительности, увеличивается продуктивность экосистемы. Замена биоценоза происходит с повышением видового разнообразия. Первоначальные биоценозы имеют небольшие и недолговечные растения, в ходе сукцессии они сменяются на более крупные и долгоживущие. Такие биоценозы могут существовать очень долго.

Можно выделить общие закономерности развития сукцессии, познакомимся на рисунке.

Если длительное время в экосистеме не происходит никаких изменений, то такое равновесное состояние называют климаксом. Такое сообщество характеризуется устойчивым равновесием и постоянством состава организмов. Причем, устойчивость экосистемы тем больше, чем она больше по размерам, а также богаче и разнообразнее ее видовой состав. Нарушение системы может происходить под влиянием неблагоприятных факторов, что влечет за собой перестройку или гибель экосистемы.

Каковы причины устойчивости и смены биогеоценозов?

Устойчивость экосистемы определяется несколькими факторами, которые зависят от уровня ее организации, территории, количества различных видов организмов. Вот основные критерии, по которым можно судить об устойчивости биогеоценоза:

1. Степень замкнутости круговорота веществ.

Чтобы экосистема дольше сохранилась, все вещества должны быть вписаны в общий круговорот обмена. Если органика и неорганика каким-либо образом вымывается, не востребована в популяции животных или растений данной среды, то происходит постепенный отток веществ из экосистемы. И наоборот, если все пищевые цепочки имеют по несколько звеньев, а для каждого органического или неорганического вещества есть потребитель, то в результате сохраняется постоянный состав сообщества.

По этому признаку в целом можно определить, какие причины вызывают смену биогеоценозов.

2. Тип внутреннего круговорота веществ.

Здесь экосистемы делятся на три группы: независимые, зависимые и подчиненные. Независимые биогеоценозы располагаются вблизи источников воды, что дает возможность получать влагу без каких-либо затруднений. Зависимые экосистемы располагаются в таких местах, где поступление воды затруднено и происходит в определенные промежутки времени (например, биоценозы скал или пустынь). К последней группе относятся такие территории, которые располагаются в низинах и получают только ту влагу, которая скапливается там после выпадения осадков.

3. Скорость протекания обмена веществ

Еще одна важная характеристика устойчивости экосистемы, которая зависит от скорости распада и синтеза органических веществ. Чем выше этот показатель, тем дольше биогеоценоз может просуществовать.

Трансформация экосистем

В природе существуют стабильные и нестабильные экосистемы. К примеру, стабильнойдолговременно существующей естественной экосистемой можно считать еловый и темнохвойный лес, степь.

Степь

Такие же системы как луг, небольшой водоем, заброшенное поле, очень быстро способны изменяться. Происходит их зарастание другой растительностью, поселяются другие виды животных, и экосистема становится совсем иной.

Зарастающее озеро

Основными причинами устойчивости экосистемы считаются значительный размер, богатый видовой и популяционный состав, что обеспечивает высокую продуктивность.

Трансформация экосистем происходит потому, что они динамичны, в них регулярно осуществляются изменения.

Основной причиной неустойчивости экосистем считается непостоянство круговорота веществ. Это возникает в том случае, когда деятельность одних видов не компенсирует деятельность других. По этой причине популяции в экосистеме начинают изменять среду, но условия, которые они создают, неблагоприятны для их жизнедеятельности. В связи с этим, они вытесняются другими видами, для которых эти условия более подходят.Данный процесс проистекает до того времени, пока не сформируется новая система, в котором будет поддерживаться определенное соотношение веществ.

К примеру, в экосистеме небольшого озера в придонных слоях существует нехватка кислорода. Редуценты не могут обеспечить полный распад отмирающих растений именно по этой причине. На дне образуется большое количество ила, оно мелеет и постепенно зарастает. Все это становится причиной изменения экосистемы и формирования другого сообщества – болота.

В экосистемах можно выделить два типа изменений: циклические и поступательные.

Причиной неустойчивости экосистем могут быть циклические изменения, связанные с суточной, сезонной и многолетней периодичностью внешних условий, а также проявление внутренних ритмов организмов.

Суточная активность у разных существ неодинакова. В природе есть организмы, которые бодрствуют только в определенное время. Так, к примеру, летучие мыши ведут активный образ жизни в темное время суток. Поэтому их относят к ночным животным. Многие виды бабочек, стрекозы, пчелы относят к дневным, так как период бодрствования приходится на светлое время суток. В связи с этим в экосистеме будут происходить периодические изменения в составе и соотношении видов, так как ряд организмов на определенное время суток выключается из нее.

Существенно влияет на экосистему сезонная динамика, определяемая биологическими циклами организмов, которые зависят от цикличности природных явлений. Приведем примеры таких изменений в экосистемах.

Многолетняя изменчивость определяется различными метеорологическими условиями, массовым размножением организмов, изменением каких-либо внешних факторов. К примеру, засуха может привести к вымиранию многих видов растений и к массовой миграции животных в другие районы. Такая причина приведет к временной смене экосистемы. С регулированием климатических условий будет восстанавливаться прежнее сообщество.

Период засухи

2. В любой экосистеме действует естественный отбор, при котором многие организмы все более приспосабливаются к окружающей среде. В таком случае, происходят поступательные изменения, приводящие к смене сообщества. Появляются организмы с другими свойствами и признаками, более адаптированные к условиям. Такая смена сообщества часто последовательная и необратимая, получившая название сукцессия. Рассмотрим понятие «сукцессия» в следующем пункте.

Трансформация экосистем происходит не только под влиянием природных факторов, больше всего влияют антропогенные. Деятельность человека способствует смене сообщества, причем очень часто в сторону уменьшения видов или заселения биоценоза другими видами. Такая трансформация веществ и энергии приводит к упрощению экосистемы, часто к ее дальнейшему распаду.

Вырубка леса

Разнообразие экосистем. Сукцессия

Раздел ЕГЭ: 7.3. Разнообразие экосистем (биогеоценозов). Саморазвитие и смена экосистем. Устойчивость и динамика экосистем. Биологическое разнообразие, саморегуляция и круговорот веществ — основа устойчивого развития экосистем. Причины устойчивости и смены экосистем. Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека. Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем

Разнообразие экосистем (биогеоценозов):

по географическому положению – океанские, сухопутные, речные, горные экосистемы;
по размеру – крупные, средние, малые экосистемы;
по источнику энергии – обычные (продуценты – зеленые растения), нестандартные (продуценты – хемотрофные бактерии, обитающие у подводных вулканов);
по происхождению и многим другим факторам.

Сообщества организмов, которые существуют на начальных этапах, имеют небольшое видовое разнообразие, высокую продуктивность, слаборазветвленную пищевую сеть, резкие колебания численности популяций. Поэтому они заменяются стойкими сообществами. Этот процесс продолжается, пока не сформируется биогеоценоз.

Причины устойчивости экосистем:

Видовое разнообразие (чем больше видовое разнообразие, тем шире пищевые взаимоотношения между организмами, тем разветвленнее пищевые сети)
Круговорот веществ (естественное циклическое движение химических элементов от одного компонента биосферы к другому, поддерживаемое потоком солнечной радиации; основным средством этого круговорота служат пищевые связи живых организмов)
Саморегуляция (процесс ограничения численности особей каждого вида, а не уничтожения их друг другом)

Смена биогеоценоза (сукцессия) — направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотопе. Менее устойчивый биогеоценоз заменяется более устойчивым. Устойчивость биогеоценоза определяется полнотой круговорота веществ, густотой трофической сети, видовым многообразием. Первичная сукцессия наблюдается в том случае, если развитие сообщества идет на вновь образовавшихся, ранее никем не заселенных местах (застывших потоках лавы, песчаных дюнах). Вторичная сукцессия происходит в том случае, если на какой-либо местности ранее существовала растительность, но по каким-то причинам (пожар) она была уничтожена, и затем постепенно восстановилась естественным путем (заброшенное поле, образование болота на месте лесного озера).

Причины сукцессии:

Неполнота круговорота веществ. Вследствие этого в биогеоценозе накапливается масса непереработанных консументами и редуцентами остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности, что создает условия для вселения новых видов.
Увеличение видового разнообразия. Это способствует замещению одних видов другими.

Закономерности сукцессий:

Осуществляются в одном направлении.
Происходит увеличение видового разнообразия, разветвляется пищевая сеть, потребляется все большая часть первичной продукции.
Процесс продолжается до тех пор, пока биогеоценоз не достигнет значительного видового разнообразия.
Способствуют формированию зрелых биогеоценозов.

Агроэкосистема — это экологическая система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимися сельским хозяйством, называются агроценозами. Они включают те же компоненты среды, что и естественные биогеоценозы, обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, т.к. зависят от внимания к ним человека.

Агроценоз — сообщество, которое создано с целью получения сельскохозяйственной продукции, поддерживается человеком, обладает высокой урожайностью одного или нескольких видов растений или животных. Агроценоз — менее целостная и устойчивая система, так как:

состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность;
цепи питания короткие и простые;
круговорот веществ неполный;
защитные механизмы культурных растений слабее, чем у дикорастущих.

Сравнительная характеристика биогеоценоза и агроценоза

Это конспект для 10-11 классов по теме «Разнообразие экосистем. Сукцессия». Выберите дальнейшее действие:

Вернуться к Списку конспектов по Биологии.
Найти конспект в Кодификаторе ЕГЭ по биологии

Разбор этапов сукцессии на примере последствий лесного пожара

Вторичная сукцессия происходит на территории после нарушения биоценоза в результате каких-либо природных или антропогенных факторов. Часто такой причиной становятся лесные пожары. Они оказывают мощное разрушающее действие на экосистему, поэтому сообщества постепенно стали адаптироваться к его последствиям.

Лесные пожары подразделяют на два вида, познакомимся с ними на схеме.

Причиной большей части пожаров является деятельность человека, редко – естественные факторы, к примеру, молния.

Последствия верхового пожара разрушительные – уничтожается все лесное сообщество на много километров вокруг. Помимо этого в атмосферу выделяется огромное количество углекислого газа, а при горении потребляется кислород.

Лесной пожар

Экологическим последствием лесного пожара является и уничтожение плодородного слоя почвы вместе с подстилкой. Таким образом, впоследствии лесного пожара на месте сложившейся системы остается гарь.

Гарь

Рассмотрим основные этапы вторичной сукцессии на участке сгоревшей тайги.

На первоначальном этапе сукцессии появляются самые неприхотливые организмы – бактерии, лишайники, а затем и мох. Прижившиеся виды адаптируются и трансформируют среду обитания, формируя плодородный слой почвы. Следующими появляются сорные растения, семена которых разносятся ветром или животными. Часто на гарях формируется вейниковый луг, доминирующим видом в котором будет вейник, сопутствующими растениями является иван-чай, одуванчик, мать-и-мачеха. Появляются различные виды насекомых, грызуны, почвенные жители. Однако не все приживаются, многие погибают или уходят в другое местообитание.

Вейник Источник

На втором этапе сукцессии начинают появляться различные виды кустарников, характерные для лесов. К примеру, малина, шиповник, смородина и другие. Происходит обострение конкурентных отношений, и виды начинают приспосабливать среду для себя.

На третьем этапе из семян вырастает молодая поросль березы или осины. Причем первые поселенцы вытесняются многолетними травами, которые способны расти в тени деревьев. Однако процесс конкуренции будет продолжаться до тех пор, пока не сформируется прежнее сообщество.

Березовый лес

Через 100 лет формируется смешанный лес с характерным видовым составом. Здесь появляются сосны, которые затеняют другие виды и полностью их вытесняют. Под пологом такого леса старые лиственные деревья погибают, а молодым не хватает света для развития. Так смешанный лес постепенно сменяется сосновым. Появляются растения характерные для хвойного леса.

На последних этапах происходит формирование той экосистемы, которая была здесь до пожара. Сначала здесь появляется кедр и формируется сосново-кедровый лес. Далее появляется пихта, и происходит вытеснение сосны и образование темнохвойной тайги с характерными видами организмов. Устанавливается постоянный состав системы, каждый вид занимает определенную экологическую нишу, не мешая друг другу. Внимательно изучив схему, можно увидеть, что полное восстановление сообщества происходит только через 200-250 лет.В этом случае оно достигает климакса.

Тайга

Сукцессия, которую мы рассмотрели, протекает в несколько этапов или серий. Каждый этап представляет собой самостоятельное сообщество. Какие этапы сукцессии можно назвать сукцессионной серией?

Сукцессионной серией называют последовательный ряд сообществ, которые постепенно сменяют друг друга. Такие сообщества неустойчивые, на смену одним приходят другие. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не сформируется первоначальная система. Итогом развития сукцессионной серии является климакс.

Приведенный пример убедительно свидетельствует о том, что преобразование среды обитания неизбежно приводит к трансформации экосистемы. Впоследствии на территории прежнего сообщества возникает новое.

Типы смен экосистем

Очень часто смены экосистем в природе происходят внезапно и по причинам, чуждым биогеоценозу. Например, при удалении его основных компонентов (вырубка леса, пожар, распашка, выпас скота) или под влиянием затопления, заливания вулканической лавой, или в результате вселения новых видов из других географических районов. Здесь фактор, вызывающий смену, необычен, чужд биогеоценозу. При такой ситуации происходят быстрые и резкие изменения всей структуры экосистемы, вплоть до ее разрушения. Это может происходить как под влиянием естественных сил (стихийно), так и в результате природопользовательской деятельности человека. Смены, совершающиеся внезапно, по причинам, чуждым экосистеме, В.Н. Сукачев называл катастрофическими.

При катастрофической смене фактор, вызывающий смену, никак не связан с предшествующим ходом развития самого биогеоценоза и дает несвойственные ему направления в развитии, часто оканчивающиеся разрушением всех биогеоценотических связей, почв, деградацией или гибелью экосистемы. Но с прекращением действия катастрофического фактора, внезапно разрушившего биогеоценоз, на этой территории начинается иная, новая, линия развития живого покрова, идущая по типу сукцессионной смены. Различают два типа сукцессионных смен — первичные и вторичные сукцессии.

Первичные сукцессии начинаются на пустых, лишенных жизни местах — на голых скалах, песчаных наносах рек, в искусственных водоемах — прудах, на остывшей лаве и пр. Поселяющиеся здесь виды своим существованием необратимо изменяют условия среды обитания (создают почву, особый микроклимат). Один вид вытесняет другой (как на конвейере), и спустя какое-то время образуется устойчивое многовидовое сообщество.

Вторичные сукцессии идут на территории, где были нарушены установившиеся связи между популяциями в уже сложившихся сообществах. Такие смены чаще называют восстановительными. Примером может служить восстановление коренного лесного биогеоценоза после пожара или вырубок. Вторичные смены идут значительно быстрее первичных, так как в нарушенном местообитании может сохраниться почва или часть прежнего населения (семена, корневища, обгоревшие деревья, обитатели почвы и пр.).

Изучение смен биогеоценозов показывает, что они находятся в постоянном развитии и что даже хорошо сложившееся коренное сообщество, хотя и довольно медленно, но изменяется. Такие сукцессии охватывают очень длительные периоды времени, поэтому их называют вековыми сменами экосистем. Они происходят в связи с изменением климата на планете, рельефа и других свойств поверхности Земли. Вековые смены начинаются не с заселения незанятых жизнью местообитаний, а с перестройки внутренних связей уже сложившихся и функционирующих экосистем. Этот процесс сопровождается эволюцией самих видов, появлением среди них более адаптированных к новым условиям. Вековые смены отражают историю развития биосферы.

Развитие и смена живого покрова на нашей планете, многообразие видов и экосистем тесно связаны с вековыми сменами, идущими на Земле с момента появления на ней живого вещества и биосферы.

Совокупность многообразных естественных и культурных биогеоценозов образует целостный биогеоценотический покров Земли, то есть биосферу, а отдельная экосистема представляет ее элементарную структурную единицу. Естественные биогеоценозы все чаще уступают свою территорию (путем катастрофических смен) культурным, особенно агробиоценозам (агроэкосистемам). Поэтому уже значительная доля (более 10 %) глобальных функций биогеоценозов (поддержание газового состава и гидротермического режима атмосферы, качество почв, создание первичной продукции и др.) выполняется в биосфере агроэкосистемами. Пропорционально этой доле возрастает и мера ответственности человека за судьбу биосферы.