Равновесие экосистем

Равновесие – это состояние экосистемы при котором состав и продуктивность её биотической части (биоценоза) в каждый момент времени наиболее полно соответствует абиотическим условиям – почве и климату; и этот баланс обеспечивает длительное стабильное существование данного природного комплекса.

Для состояния равновесия характерны, прежде всего, такие признаки:

А) Постоянство видового состава биоценоза. Т.е. здесь имеется хорошо сбалансированный набор видов животных, растений, микроорганизмов. Трофические связи устойчивы, экологические нишы плотно заполнены. созданная в таком биогеоценозе среда настолько специфична, что ограничивает вселение в сообщество новых видов; и в силу этого коренные сообщества могут оставаться стабильными на протяжении значительного количества лет.

Б) Постоянство циклов питательных элементов. Весь углерод и азот, усвоенный экосистемой из атмосферы, в результате деятельности редуцентов возвращается в неё. Все элементы минерального питания (P, K, Ca и т.д.) после разложения мёртвого органического вещества возвращаются в почвенный раствор для повторного использования корнями растений. Если часть органического вещества переходит в детрит, то скорость его накопления соответствует скорости разложения его редуцентами. Т.е. все усвоенные биотой вещества возвращаются в среду.

Можно представить себе различные типы равновесия. Первый из них характерен для замкнутого сообщества: сюда не поступает никакая дополнительная продукция, а собственная продукция сообщества целиком остаётся внутри его. Равновесие здесь означает, что вся валовая продукция автотрофов соответствует затратам, идущим на обеспечение жизнедеятельности составляющих данный биоценоз организмов. Назовём это «общим дыханием». Такое сообщество подобно заводу, в котором затраты на производство в точности равны получаемой прибыли. Процесс продуцирования уравновешивается процессами «общего дыхания». Второй тип равновесия характерен для некоторых экосистем «текучей воды», органическое вещество в которых возникает не только в результате функционирования автотрофов, но и в результате притока извне. Равновесие здесь означает, что «общее дыхание» равно валовой продукции самого сообщества дополненной поступлением органического вещества извне. Для некоторых экосистем вынос вещества за их пределы настолько велик, что их стабильность поддерживается в основном за счёт притока такого же количества вещества извне; тогда как внутренний круговорот малоэффективен. Таковы проточные водоёмы, реки, ручьи, участки на крутых склонах гор. В с/х агроэкосистемах (третий тип равновесия), наоборот имеет место постоянное изъятие части продукции, как уже говорилось. Поэтому в таких экосистемах равновесие достигается лишь тогда, когда «общее дыхание» обеспечивается той величиной продукции, которая должна будет остаться в системе после выноса её части Человеком (урожая). Это принцип о невозможности полного изъятия продукции из системы, если нет дополнительных возмещающих поставок ресурсов извне.

При всём при этом надо сказать, что в реальности ни одна, даже самая крупная экосистема Земли, не имеет полностью замкнутого круговорота веществ. Те экосистемы, которые имеют более или менее полный круговорот веществ, всё равно автономны на самом деле лишь относительно (леса, луга, озёра и т.п.). Материки обмениваются веществом с океаном, литосферой (при участии в этих процессах атмосферы); а вся наша планета часть материи и энергии получает из космоса, а часть отдаёт в космос.

Если «общее дыхание» меньше валовой первичной продукции, в экосистеме будет происходить накопление органического вещества. Если больше – его исчезновение. И то и другое будет приводить к изменению сообщества. При избытке ресурса всегда найдутся виды, которые его смогут освоить. При недостатке ресурса – часть видов вымрет. Т.е. экосистема снова вернётся в равновесное состояние, но уже другое – новое. Таким образом, главной особенностью экологического равновесия является его подвижность. Такие изменения и составляют сущность, так называемой, экологической сукцессии – последовательной смены одного сообщества другим. Главная особенность этого процесса состоит в том, что изменения сообщества всегда происходят в направлении к равновесному состоянию.

В) Полное рассеивание поступившей в экосистему энергии. Вся энергия, усвоенная экосистемой, после прохождения её по трофическим цепям рассеивается в виде тепла и «сжигается» организмами в процессе жизнедеятельности и работы. Экосистема поддерживает равновесие за счёт того, что в неё постоянно поступает новая солнечная или химическая энергия.

Экологическое равновесие в экосистемах поддерживается сложными механизмами взаимоотношений между живыми организмами и условиями среды; между особями одного вида и особями разных видов друг с другом, о которых мы уже говорили. Взаимоотношения между организмами одного трофического уровня называются горизонтальными (конкуренция), а между организмами разных трофических уровней – вертикальными (хищничество, симбиоз).

Кроме равновесности состояния любая экосистема характеризуется также степенью устойчивости, стабильности и выносливости. Устойчивость экосистемы – это способность противостоять любым внешним и внутренним возмущениям, включая антропогенные, и каждый раз возвращаться в исходное равновесное состояние. Т.е. способность каждый раз восстанавливаться. Стабильность экосистемы – способность оставаться неизменной, сохранять свою структуру и функциональные особенности, неопределённо долгое время, благодаря своим внутренним регуляторным механизмам. Если нестабильная экосистема может отклониться в ту или иную сторону в своём развитии даже без особых возмущений извне, то стабильная – всегда остаётся неизменной. Выносливость – способность переносить длительные внешние и внутренние возмущения и подстраиваться под них, сохраняя динамичное(подвижное) равновесие. Т.е. способность приспосабливаться переживать неблагоприятные условия.

История знает немало случаев, когда недальновидность человека вызывала самые серьёзные нарушения экосистем. Какими же причинами такое может быть вызвано:

а) истребление из экосистемы хищника (при этом страдают популяции жертв и ресурсы, которыми они питаются – вся трава съедается копытными);

б) включение в экосистему вида для которого нет редуцента – как следствие, накопление неразложившегося детрита (в Австралии коровы и жуки-навозники);

в) включение в экосистему видов растений, у которых здесь нет фитофагов – как следствие – чрезмерное размножение и подавление местных видов (в Австралии пунция и бабочка-огнёвка);

г) подобные следствия имеет и противоположное воздействие – уничтожение в экосистеме фитофага;

д) занесение нового паразита – как следствие – уничтожение популяций хозяев (в Австралии – вирус «коровьей чумы»);

е) внесение в экосистему новых видов животных, у которых здесь нет ни конкурентов, ни хищников, ни паразитов – как следствие – чрезмерное размножение и вытеснение, угнетение или уничтожение местных видов;

ж) изменение климатических, почвенных, гидрологических условий включает за собой изменение флоры и фауны экосистемы.

Равновесие(стабильность) и разнообразие связаны очень сложными взаимозависимостями. Не всегда большое разнообразие обеспечивает биоценозу должную стабильность и устойчивость. Ведь слишком большие и сложные системы с множеством узкоспециализированных и тщательно подогнанных друг к другу элементов часто бывает легко разрушить.