Динамические процессы в экосистемах. Подвижность экосистемы

Подвижность экосистемы. Экосистема не является абсолютно стабильным, застившим образованием, т.к. изменяется состав биоты, структура экосистемы и ее продуктивность. Однако её подвижность также относительна: экосистемы таежных лесов или целинных степей существуют длительное время (сотни лет) и, на первый взгляд, стабильны, устойчивы, неподвижны. Подвижно-стабильное состояние биогеоценозов (экосистем) во времени и пространстве представляет собой результат гомеостаза и сукцессии.

Гомеостаз – устойчивость, сбалансированность происходящих в нем процессов обмена веществом и энергией между всеми компонентами.

Гомеостаз обеспечивается механизмами так называемой обратной связи. Например, волки едят оленей. Олени являются жертвами, а волки - хищниками. Если численность жертвы постоянно растет, то хищники, питающиеся этой жертвой, тоже могут увеличить свою численность. В этом проявляется положительная обратная связь.

Пример действия механизма обратной связи

Но поскольку волк ест оленей, то он, снижает численность популяции оленя. В этом проявляется отрицательная обратная связь. Если численность волка выше некоторого предела, то он соответственно снизит численность оленя и в итоге окажется перед необходимостью ограничения собственной численности из-за нехватки пищи, связанной с затрудненностью ее добычи.

В естественной экосистеме поддерживается равновесие, исключающее необратимое уничтожение тех или иных звеньев пищевых цепей, поэтому численность волка и оленя будет держаться на определенном уровне. В основе этого лежит закон Ле Шателье: «изменение внешних условий (температуры, давления) физико-химической равновесной системы вызывает в ней реакции, противодействующие производимому изменению».

При определенном уровне стрессового фактора, например при нашествии других хищников или массовой гибели одного из компонентов из-за болезней, информационная обеспеченность экосистемы не может за счет отрицательной обратной связи компенсировать отклонений, определяемых положительной обратной связью. Тогда данная система прекратит свое существование.

Та область, в пределах которой механизмы отрицательной обратной связи способны, несмотря на стрессовые воздействия, сохранить устойчивость системы, хотя и в измененном виде, называют гомеостатическим плато.

Схема формирования гомеостатического плато в экосистеме, в пределах которого посредством отрицательной обратной связи поддерживается относительная стабильность системы при воздействиях, вызывающих нарушение

Сукцессия – постепенный процесс изменения структуры и состава биоценоза в результате влияния природных факторов или воздействия человека. Данная смена происходит в силу действия закона сукцессионного замещения: «Природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию климакса».

Экологическая сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития — возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизированную экосистему называют климаксом.

В зависимости от первоначального состояния субстрата, различают:

- первичная сукцессия – формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате;

- вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных условий.

В качестве примера первичной сукцессии обычно приводят зарастание еловым лесом новых территорий на севере нашей страны.

Ельник – последняя климаксная стадия развития экосистемы в климатических условиях Севера, т.е. уже коренной биоценоз. Вначале же здесь развиваются березняки, ольховники, осинники, под пологом которых растут ели. Постепенно они перерастают березу и вытесняют ее, захватывая пространство.

Смена березняка ельником

Классическим примером природной сукцессии является «старение» озерных экосистем — эвтрофикация. Она выражается в зарастании озер растениями от берегов к центру. Здесь наблюдается ряд стадий зарастания — от начальных — дальние от берега до достигнутых у берега. Эти стадии показаны и описаны на рис. 2.

Зарастание эвтрофного водоема с непроточной или слабопроточной водой (пунктиром показан нижний уровень воды). Зоны: 0 - свободноплавающие растения, 1 - низкие (придонные) погруженные растения, 2 - высокие погруженные растения, 3 - растения с плавающими листьями, 4 - высокие надводные растения, 5 - низкие и средневысокие надводные растения, б - черноольховая топь. Отложения: 1 - сапропелит, 2-3 - сапропелитовый торф, 4 - тростниковый и камышовый торф, 5 - осоковый торф, 6 - лесной торф

В конечном итоге озеро превращается в торфяное болото, представляющее собой устойчивую экосистему климаксного типа. Но и она не вечна - на ее месте постепенно может возникнуть лесная экосистема уже благодаря наземной сукцессионной серии в соответствии с климатическими условиями местности.