Сукцессии.

Продуктивность экосистем

Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называется валовой первичной продуктивностью (ВПП). Примерно 20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание.

Скорость накопления органического вещества за вычетом этого расхода называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней.

Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется вторичной продукцией (на любом трофическом уровне).

Приведенное ниже словесное уравнение суммирует расход потребленной животным энергии:

Потребленная пища = Рост + Дыхание + (Фекалии + Экскреты)

П=Р+Д+Ф+Э

К=Р/П – коэффициент использования пищи.

 

Самые высокопродуктивные экосистемы в биосфере имеют продуктивность 2-3 кг/м2/год

В Прикарпатье, например:

1. Высокопродуктивные – липовые, дубовые леса, заросли рогоза, посадки кукурузы (1-2 кг/м2/год)

2.Умеренной биопродукции – посевы, березовые и сосновые леса, луга (0,25 – 1 кг/м2/год).

3. Низкая биопродукция – горные степи, пастбища (менее 0,25 кг/м2/год).

 

Правило 1 %:изменение энергетики природной среды в пределах одного процента выводит природную систему из равновесного состояния.

 

 

Изменение условий среды воздействует на некоторые виды неблагоприятно: они снижают численность, а иногда и вовсе исчезают из экосистемы. Другие виды от этого могут выиграть и их численность увеличивается. Изменившиеся условия могут позволить включиться в экосистему новым видам.

 

Процесс вытеснения одних видов другими называется сукцессией.

 

В результате сукцессий происходит превращение одних экосистем в другие.

 

Различают первичную и вторичную сукцессии:

- первичная – процесс развития и смены экосистем на незаселенных ранее участках, начинающийся с их колонизации (пример: обрастание голой скалы мхом и впоследствии, развитие на ней леса). Структура сообществ создается постепенно. Голая скала (вулканический остров), попадают водоросли, лишайники и образуют пионерные сообщества:

Почва → мхи и папоротники →травы → кустарники (деревья, кустарники) → семенные растения. Завершающее сообщество – устойчивое, самовозобновляющееся, в равновесии со средой – климаксное сообщество.

 

- вторичная – восстановление экосистемы когда-то существовавшей на данной территории (например, после пожара). Восстановление вырубок, пожарищ. Вначале вейник, Иван-чай, затем осины, березы, ивы, затем – хвойные.

Выпас: высокорослые растения сменяются низкорослыми, остаются полынь, чертополох, подорожник, одуванчик. В степях ковыль, типчак, низкая полынь австрийская.

Для вторичной сукцессии важно наличие с самого начала плодородного слоя почвы. Если он уничтожен, например эрозией, сукцессия может пойти по первичному типу.

 

Сукцессия завершается стадией, когда все виды экосистемы сохраняют относительно постоянную численность и дальнейшей смены ее состава не происходит. Такое равновесное состояние называется климаксом, а экосистема – климаксовой (например, лосиный остров в Москве).

 

Основные природные биомы Земли – климаксовые экосистемы. Климаксное сообщество имеет один доминант или несколько кодоминантных видов. Дубрава – дуб, бор – сосна, степь – ковыль и т.д., но доминант выделить можно не всегда (тропический лес, океан, саванна).

Доминанта – это вид, __обладающий наибольшей совокупной биомассой, преобладающие по численности.

 

Теория сукцессии разработана в 1916 г. Клементсом. По Клементсу – основной фактор, определяющий состав климаксного сообщества – климат. Современная концепция – поликлимакса: климакс формируется под влиянием всех физических факторов, может доминировать одно или несколько (дренаж, почва, температура, топография, пожары).

 

 

Основные природные биомы, естественные и антропогенные экосистемы – на самостоятельное изучение.

 

Когда одни виды вымирают, а другие адаптируются и изменяются под действием естественного отбора, происходит эволюционная сукцессия.

 

Закон необратимости эволюции (Долло):

Эволюция необратима, организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков.

 

В результате эволюционной сукцессии органического мира на Земле сравнительно недавно появился человек (период развития орг. мира ≈ 4 млрд. лет, человек появился ≈ 3 млн. лет назад)

 

Будучи всего лишь одним из видов животных человек оказал и оказывает огромное воздействие на биосферу. Множество изменений внесла деятельность человека на численность и разнообразие форм живых организмов: в настоящее время каждому 10 виду угрожает исчезновение, в Европе каждый 5 вид требует охраны.

В Украине более 5 тысяч видов растений природных и более 1 тысячи культурных. Однако только после Второй мировой войны из природы Крыма исчезло 40 видов, Карпат – 20 видов.

 

Скорость вымирания животных увеличивалась пропорционально росту численности людей. За историю человечества вымерло множество видов (тарпан, дронт, многие сумчатые, и т.д), исчезло около 150 видов млекопитающих, из которых более 40 видов исчезли за последние 50 лет. За прошедшие 30 лет исчезло более 40 видов и 40 подвидов птиц. Под воздействием человека изменилась и абиота (все неживое на Земле). Примерные сроки исчерпания некоторых абиотических природных ископаемых представлены

 

Во время войны во Вьетнаме, который является аграрной страной, велось целенаправленное уничтожение растительности при помощи тяжелой военной техники («римские плуги»), бомбовых ударов («косилки маргариток»), химических средств.

 

Вредят животным и растениям деление на так называемые вредные и полезные. Бездумно уничтожают жаб, ящериц, ужей, пиявок, жуков, несмотря на то, что каждая особь- звено в трофической цепи, неповторимая часть генофонда планеты. Изучая природу, мы открываем все новые и новые ее тайны и возможно в будущем растение или животное, которое мы считаем неполезным, окажется просто необходимым. Все, что существует на Земле, имеет смысл и свое предназначение.

Экология как наука является теоретической основой охраны окружающей среды и рационального природопользования. Законы экологии были сформулированы в 1926 году американским экологом Б. Коммонером и по своей сути являются законами природы. Они сводятся к четырем основным принципам, объясняющим устойчивое развитие природы и призывающим человечество руководствоваться ими в своем воздействии на окружающую среду.

1. Все взаимосвязано. Биосфера Земли является равновесной экосистемой, в которой все отдельные звенья взаимосвязаны и дополняют друг друга. Нарушение какого-либо звена влечет за собой изменения в других звеньях. Например, следствием вмешательства человека в природу явилось исчезновение видов и уменьшение видового разнообразия в биоте.

2. Все должно куда-то деваться. Этот принцип вытекает из закона сохранения материи. Ничто в природе не исчезает, а лишь переходит из одной формы существования материи в другую.

3. Природа знает лучше. Человечество прошло гораздо более короткий путь развития, чем биосфера Земли. За многие миллионы лет существования биосферы Земли полностью сформировались связи, механизмы и ее отдельные звенья. Необдуманное и безответственное вмешательство людей в природу может привести к уничтожению отдельных связей между звеньями экосистемы и к невозможности возврата экосистемы в первоначальное состояние. Поэтому человечество должно научиться жить в согласии с природой.

4. За все надо платить. Всякая экосистема представляет собой единое целое, в котором нет ничего лишнего. Все, что человечество забирает из экосистем для удовлетворения своих нужд, должно быть возвращено или возмещено.