2.6)Динамические процессы в экосистемах

Сообщества непрерывно изменяются. Одни организмы умирают, а на смену им рождаются другие. Энергия и питательные вещества проходят через сообщества бесконечным потоком. А между тем внешний вид и состав большинства сообществ не изменяются. Если сообщество разрушается, восстановление происходит медленно. Виды, первыми приспособившиеся к нарушению местообитанию, последовательно замещаются членами первоначальной ассоциации до тех пор, пока сообщество не достигнет своей прежней структуры и состава.

Последовательная смена одних сообществ организмов другими, происходящих в нарушенном местообитании, называется сукцессией (преемственность), а достигаемая в экосистеме, в конечном счете, растительная формация – климаксом.

Изменения видовой структуры в сукцессиях вызывается тем, что популяции оказывают определенное воздействие на окружающую среду и тем самым изменяют ее, создают благоприятные условия для других популяций. Подобного рода процессы продолжаются до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами.

По мере развития экосистемы происходит развитие и пищевых цепей. В процессе развития экосистем происходит также постепенное изменение видового разнообразия как результат межвидовых взаимодействий.

Виды с высокой скоростью размножения и роста имеют больше шансов выжить на ранних стадиях экосистем. На поздних стадиях давление естественного отбора благоприятствует видам с более высокой способностью к выживанию в условиях конкуренции.

Экологи различают первичную сукцессию – обоснование и развитие растительных сообществ во вновь образовавшихся местообитаниях, в которых прежде растений не было и вторичную сукцессию – восстановление естественной растительности в какой-либо местности после серьезного разрушения. Сукцессия продолжается до тех пор, пока добавление новых видов не вызывает изменение среды развивающегося сообщества. Однако после того как растительность достигнет самой высокой формы роста, какую может поддерживать среда, изменение окружающих условий замедляется. Окончательные размеры биомассы климаксного сообщества ограничены климатом независимо от событий, происходящих в течение сукцессии.

Устойчивость – это свойство, внутренне применимое к любым динамическим системам, которое позволяет ей сопротивляться внешним изменениям. Устойчивость сообщества зависит от особенностей реакций составляющих его видов на изменение экологических факторов.

Все системы имеют некие положения равновесия, к которым они стремятся вернуться, будучи отклоненными от них. Однако возмущения могут быть столь сильными, что превысят уровень реакции системы.

В экосистемах можно рассматривать лишь динамические системы, когда речь идёт об устойчивости процессов движения вещества, энергии и информации в этих системах.

Постоянство в природе желательно для человека, т.к. оно дает ему возможность заранее предсказывать условия и соответственно планировать свою деятельность. Постоянство климатических факторов, ресурсов, уровня хищничества и конкуренции снижает расходы на поддержание существования и повышает количество энергии и питательных веществ, которые можно затратить на создание продукции.

Важнейшим свойством экосистем является их устойчивость по отношению к происходящим в них динамическим процессам обмена веществами, энергией, информацией между всеми компонентами. Состояние динамического (подвижного) равновесия в экосистемах получило название гомеостаза. Гомеостаз обеспечивается действием обратных связей. Рассмотрим условную экосистему, включающую популяции волков и оленей. Волки хищники, поедают оленей – жертву. Если численность оленей потеем или иным причинам растет, то волки, питающие только этой жертвой имеют тоже возможность увеличить свою численность. Так проявляется действие положительной обратной связи. А действие отрицательной обратной связи проявляется следующим образом, т.к. волки питаются только оленями, то они тем самым снижают численность последних.

Одно из наиболее обычных последствий нарушений структуры сообщества заключается в том, что общее число видов при этом снижается, но зато численность популяций некоторых из выживающих видов достигает необычайно высоких уровней.

Для каждого сообщества, находящегося в состоянии динамического равновесия, характерно определенное сочетание числа видов на каждом трофическом уровне. После того или иного нарушения в сообществах обычно вновь восстанавливается свойственная для каждой из них структура.

Ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, например, и на поздних стадиях развития экосистем происходят периодические колебания численности популяций некоторых видов, но подобные процессы не выводят экосистему из состояния общего равновесия.

Гомеостаз естественных экосистем в конечном счете, возможен потому, что естественные экосистемы являются открытыми, т.е. непрерывно получают даровую энергию от Солнца. Поэтому сбалансированность биологического круговорота, т.е. устойчивость экологических систем, согласно теории управления, обеспечивается обратными связями. В естественной экологической системе все время поддерживается равновесие, исключающие необратимое уничтожение тех или иных трофических звеньев. При некоторых условиях обратные связи могут нарушаться, при этом происходит разбалансирование экосистемы, которое может быть обратимым и необратимым, т.е. в соответствии с теорией управления в каналах обратной связи возникли помехи. Под влиянием помех происходит естественный отбор. Стабильность экосистемы определяется числом связей между видами в пищевой сети. В силу производственной необходимости человек постоянно создает помехи как для отдельных звеньев, так и для экосистемы в целом.

Экологические системы можно подразделить на частичные и предельные. Например, отстрел животных или вылов рыбы – помехи частные, т.к. они оказывают влияние только на пищевые цепи, не разрушая сети в целом. Вырубка леса или распашка целины полностью ликвидирует экосистемы и, в лучшем случае приводит к созданию новых на их месте, а в худшем – к эрозии почв.

Билет 3