Сукцессия биогеоценоза

1. Совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории вместе с окружающей их неживой средой, называют экологической системой или экосистемой. Примерами экосистем могут быть луг, лес, озеро. Академиком Сукачевым для обозначения подобных сообществ был предложен и общепринят термин биогеоценоз. Биогеоценоз (от греч. Слова биос – жизнь, гео – земля, ценоз – сообщество, составной частью которого является совокупность живых компонентов или биоценоз).

Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющее свою особенную специфику взаимодействия этих слагающих её компонентов и определенный тип обмена веществом и энергией их между собой и другими явлениями природы, представляющее собой внутренне противоречивое диалептическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии.

Термины «экологическая система» и «биогеоценоз» не являются синонимами. Экологическая система есть любая совокупность организмов и окружающей их среды. Биогеоценозы – это природные образования, однако биогеоценоз можно рассматривать и как экологическую систему, но понятие экосистема шире, чем биогеоценоз. Любой биогеоценоз является экологической системой, но не всякая экологическая система есть биогеоценоз. Экологическими системами являются сооружения биологической очистки сточных вод: аэротенки, биологические фильтры. Они представляют собой сообщество живых организмов, преимущественно бактерий и простейших, образующих так называемый активны ил. Каждый вид этих микроорганизмов занимает свою биологическую нишу и может существовать в определенных условиях. Эти экосистемы создаются и управляются человеком, но человек использует здесь в своих интересах биологические процессы. Микрофлора биоценозов очистных сооружений изменяется в результате поступления различных веществ и абсорбции их активным илом. Для обеспечения хорошей работы очистных сооружений человек должен управлять составом активного ила.

2. Биогеоценоз включает 2 компоненты: биотическую – сообщество живых растительных и животных организмов (биоценоз) и абиотическую – совокупность неживых факторов среды (экотоп).

Биоценоз – это совокупность представителей растительного (фитоценоз), животного (зооценоз) мира и мира микроорганизмов (микробоценоз)

Экотоп включает 2 главные составляющие: климат во всех его многообразных проявлениях и геологическую среду – почва – грунты или эдафотоп. Все компоненты экотопа и биогеоценоза тесно связанны между собой.

3.Стабильное состояние экосистемы её гуместос не есть нечто застывшее, неподвижное. Гумеостаз – это в сущноси подвижное равновесие и в любой экологической системе идут процессы, меняющие её во времени и пространстве, при этом изменяется состав биоты, стуктура экосистемы и её продуктивность.

Последовательная смена биоценозов преемственно возникающих на одной и той же территории в результате влияния природных факторов, в том числе внутренних противоречий развития самих биоценозов или воздействия человека называется сукцессией (от латинского сукцессио – последование, следую). Данная смена происходит в силу действия экологического принципа (закона) сукцессионного замещения.

Природные биотические сообщества последовательно формируют закономерный ряд экосистем, ведущий к наиболее устойчивому в данных условиях состоянию климакса. Сукцессия – это постепенный процесс изменения структуры и состава биоценоза. Сукцессии связаны с внутренними процессами экосистемы, в частности с динамикой экотопа, с постепенными изменениями растительности, процессами размножения растений, а значит и совокупности экологических ниш для консументов (автогенные сукцессии), а также с внешними воздействиями на экосистему, в том числе и в связи с хозяйственной деятельностью человека (аллогенные сукцессии).

Характерным примеров являются антропогенные сукцессии, как правило, являющиеся аллогенными, например связанные с рекреационным (для отдыха) или пастбищным использованием экосистем. Сукцессии на болотах подвергнутых осушению обычно такие сукцессии проявляются в постепенном разрушении (дигрессии) экосистем, а не редко и снижение их продуктивности.

Однако антропогенные сукцессии могут быть и автогенными в тех случаях, когда нарушенная или уничтоженная человеком экосистема (после лесного и степного пожара, вырубки леса) начинает восстанавливаться, такие процессы называются восстановительными сукцессиями или демутации (от латинского де – удаление, мутация – изменение). Примеры пост пастбищные восстановительные сукцесии, сукцессии связанные с восстановлением леса на гарях или вырубках. Антропогенные сукцессии при осушении болот зависят от особенностей осушения (дренажа), от природной зоны, от типа болот. В ходе такой сукцессии может улучшаться рост деревьев (если избыток влаг был лимитирующим фактором), могут угнетаться популяции мхов, клюквы. Происходить замена одних видов растений другими.

Циклические сукцессии имеют длительный период (десятки лет), смены биоценозов на фоне динамики экотопа с возвратом к исходному состоянию по истечении определенного периода времени. В определенных условиях экосистема в процессе сукцессии может приходить к длительному подвижно стабильному состоянию именуемому климаксом (от греческого климакс – лестница). Климаксными являются некоторые таёжные экосистемы, целинные ковыльные степи и так далее.

Трофические цепи и трофические уровни.

Живые организмы, входящие в состав биоценоза не одинаковы с точки зрения специфики ассимиляции ими вещества и энергии. Животные в отличие от растений и бактерий не могут осуществлять реакции фото и хемосинтеза, а вынуждены использовать солнечную энергию опосредованно, то есть через органическое вещество созданное фотосинтетиками. В биогеоценозе образуется, таким образом, цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим или так называемая трофическая цепь.

Поскольку растения строят свой организм без посредников, их называют самопитающимися или автотрофами. Будучи автотрофами, они создают первичное органическое вещество, продуцируя его из неорганического и они носят название продуцентов.

Организмы, которые не могут строить собственное вещество из минеральных компонентов вынуждены использовать то, что создано автотрофами, поедая их, поэтому они называются гетеротрофами, что означает «питаемый другими или консументами» (от латинского консума – потреблять). Далеко не все организмы могут для удовлетворения своих физиологических потребностей ограничиваться потреблением растительной пищи, строя белки своего тела непосредственно из белков растений. Многим видом эволюция предопределила необходимость использования животных белков со специфичным набором аминокислот, это плотоядные. Они также являются консументами, но в отличие от растительноядных, консументами вторичными или второго порядка. Часто на этом трофическая цепь может не закончиться и вторичный консумент может служить источником пищи для консументов третьего порядка и так далее. Разные трофические цепи, связанные между собой общими звеньями в очень сложную систему, которая носит название трофической сети. Звенья и входящие в них организмы, образующие пищевую или трофическую цепь не равнозначны в первую очередь с точки зрения занимаемого места. В экологии принято говорить не просто о звеньях цепи, а об определенных трофических уровнях. На первом уровне очевидно находятся зеленые растения – продуценты, следующий трофический уровень составляют растительноядные организмы, за ними следуют представители более высокого уровня плотоядные организмы, которые в свою очередь служат источником питания для следующего уровня плотоядных второго порядка.

В процессе питания на всех трофических уровнях образуются «отходы». Зеленые растения ежегодно частично или полностью сбрасывают листья, значительная часть организмов по тем или иным причинам постоянно отмирает, в итоге все созданное органическое вещество так или иначе должно замениться в результате минерализации органики, это происходит благодаря наличию в экосистеме особых трофических цепей – цепей деструкторов. Эти организмы преимущественно бактерии, грибы, простейшие, мелкие беспозвоночные разлагают органические остатки всех трофических уровней, продуцентов и консументов до минеральных веществ. Разлагающиеся органические остатки служат пищей деструкторам. Эти организмы называются сакрофагами (от греческих сакрос – гнилой, фагос – пожиратель) или биоредуцентами (от латинского редуцио – возвращает). Минеральные вещества, а также диоксид углерода, выделяющиеся при дыхании сакрофагов поступает в распоряжение продуцентов.

Растительные остатки, поступающие в почву включают примерно 45% кислорода, 42% углерода, около 6,5% водорода и примерно 1,5% кальция, кремния, калия и фосфора, так называемых зольных элементов.

Велика роль микроорганизмов в процессах разложения мертвого вещества в почве. На 1 гектар черноземной почвы масса бактерий достигает сотен килограмм. Бактерии делятся на аэробные и анаэробные. Первые используют для дыхания свободный кислород, а вторые отбирают кислород из каких – либо соединений, например оксидов. Процессы преобразования органического вещества весьма разнообразны. Целлюлоза под влиянием микроорганизмов разрушается либо до диоксида углерода и воды в присутствии кислорода, либо до водорода и метана в анаэробных условиях. Смолы и жиры подвергаются окислению до углекислого газа и воды, однако в анаэробных условиях практически не разлагаются.

Закон лимитирующего фактора.

Живой организм в природных условиях одновременно подвергается воздействию со стороны не одного, а многих экологических факторов, как биотических, так и абиотических, причем каждый фактор требуется организму в определенных количествах или дозах. Растения нуждаются в значительных количествах влаги, питательных веществ (азот, фосфор, калий), но требования к другим веществам, например бору или молибдену, определяются ничтожными количествами. Тем не менее, недостаток или отсутствие любого вещества, как макро, так и микроэлемента отрицательно сказывается на состоянии организма, даже если все остальные присутствуют в требуемых количествах.

Немецкий ученый Г.Лигих один из основоположников агрохимии, сформулировал теорию минерального питания растений. Он установил, что развитие растения или его состояние зависят не от тех химических элементов или веществ, то есть факторов, которые присутствуют в почве в достаточных количествах, а от тех которых не хватает. Так достаточное для растений содержание азота или фосфора в почве не может компенсировать недостаток железа, бора или калия. Если любого, хотя бы одного из элементов питания в почве меньше, чем требуется данному растению, то оно будет развиваться не нормально, замедленно или иметь патологические отклонения. Результаты своих исследований Лигих сформулировал в виде фундаментального закона минимума.

Веществом, присутствующем в минимуме, управляется урожай, определяется его величина и стабильность во времени.

Закон минимума справедлив не только для растений, но и для всех живых организмов, включая человека. В ряде случаев недостаток каких – либо элементов в организме приходится компенсировать употреблением минеральной воды или витаминов.

Некоторые ученые выводят из закона минимума дополнительное следствие, согласно которому организм способен в определенной степени заменить одно дефицитное вещество другим, то есть компенсировать недостаток одного фактора присутствием другого функционально или физически близкого, однако подобные возможности крайне ограничены.

Закон Лигиха является одним из основополагающих законов экологии. Однако в начале 20 – го столетия американский ученый Шелфорд показал, что вещество или любой другой фактор, присутствующий не только в минимуме, но и в избытке по сравнению с требуемым организму уровнем может приводить к нежелательным последствиям для организма. Чем шире амплитуда колебаний фактора, при которой организм может сохранять жизнеспособность, тем выше его устойчивость, то есть толерантность к тому или иному фактору (латинское слово толеранция означает терпение, отсюда слово толерантный переводят как устойчивый, терпимый, а толерантность можно определить как способность организма выдерживать отклонения экологических факторов от оптимальных для его жизнедеятельности значений). Закон Шелфорда или так называемый закон толерантности гласит: Любой живой организм имеет определенные эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

Учение о биосфере и её эволюции.

Основоположником современного учения о биосфере является выдающийся русский геохимик Владимир Иванович Вернадский (1868 – 1945). Согласно учению Вернадского с момента возникновения жизни на нашей планеты, а это ориентировочно 3,4 – 4 миллиарда лет назад происходил процесс длительного формирования определенного единство живой и костной материи, то есть биосферы (от греческого биос – жизнь, сфера – шар).

Биосфера – это наружная оболочка Земли, область распространения жизни, которая включает все живые организмы и все элементы неживой природы, образующие среду обитания живых. Согласно Вернадскому жизнь подчиняет себе другие планетарные процессы и определяет химическое состояние наружной коры нашей планеты. Живые организмы существующие, стареющие и умирающие в течение сотен миллионов лет порождают всеобщий планетарный процесс – миграцию химических элементов и движение земных атомов. Живое вещество Вернадский рассматривал в качестве носителя свободной энергии в биосфере.

Биосфера включает нижнюю часть атмосферы (аэробиосферу), всю гидросферу (гидробиосферу) и терробиосферу (поверхность самой суши), а также литосферу (литобиосферу – верхние горизонты твердой земной оболочки). В пределах биосферы выделяют 2 категории слоёв: собственно биосферу, где живое вещество локализовано постоянно (экубиосфера), а также расположенные выше парабиосфера и ниже её метабиосфера. В эти слои живые организмы могут попадать лишь случайно. Общая протяженность эубиосферы по вертикали составляет 12 – 17 км. У некоторых авторов эта протяженность немного другая.

Верхней границей биосферы (включая парабиосферу) является так называемый озоновый экран, озоновый слой.

Озоновый экран (озоносфера) – это слой атмосферы в пределах стратосферы, расположенной на разной высоте от поверхности земли и имеющий наибольшую плотность (концентрацию молекул) озона на высоте 22 – 26 км.

Высота озонового слоя у полюсов оценивается в 7 – 8 км, у экватора 17 – 18 км, а максимальная высота присутствия озона это 45 – 50 км. Выше озонового экрана существование жизни без специальной защиты невозможно из – за жесткого ультрафиолетового излучения солнца.

Метабиофера не опускается ниже 10 – 15 км. Нижней границей эубиосферы считаются донные отложения океана и верхние горизонты литосферы, подвергающиеся ныне или подвергавшиеся в прошлом воздействию живых организмов. К биосфере относятся некоторые полезные ископаемые, в частности каменный уголь – продукт фотосинтеза растений в прошлые геологические эпохи. С учетом протяженности всех названных слоев по вертикали общая мощность биосферы оценивается в 33 – 35 км.

Биотические компоненты биосферы включают растения (фитосфера), животных (зоосфера) и микроорганизмы (микробосфера).

Более 99% всего вещества в верхних слоях литосферы (в литобиосфере) трансформировано живыми организмами. Для осуществления подобной работы организмы должны обладать значительной энергией и биомассой. Суммарная величина которой оценивается примерно 4*10¹² тонн, биомасса обитателей океана значительно меньше, чем биомасса обитателей суши, которая составляет 4,42*10¹². По оценкам других ученых биомасса живых организмов материковых систем составляет 1,8*10¹² тонн, а морских 10⁹ тонн.

Понятие биосферы как сферы обитания живых организмов или сферы занятой жизнью было предложено в 1875 году австрийским ученым Зюссом, позднее Вернадский подошел к биосфере как к планетной среде, в которой распространено живое вещество. Ряд ученых рассматривали биосферу, как совокупность живых организмов и продуктов их жизнедеятельности. Вернадский считал, что живое вещество (в биохимическом понимании) не может быть оторвано от биосферы, функцией которой оно является. Биосфера есть область превращения космической энергии, так как космические излучения, идущие от небесных тел, охватывают биосферу, проникают сквозь всю неё и всё в ней. Согласно Вернадскому биосфера есть планетное явление космического характера.

Биосфера – это биологическая земная оболочка не только охваченная жизнью, но и структурно ею организованна. Биосфера, как планетная система входит в более крупную надсистему земли, обладающую единством взаимодействий земных и космических процессов. Биосфера не хаос разрозненных составляющих, а некоторое единое и связное целое. Термодинамический уровень организованности биосферы выражается наличии двух взаимосвязанных слоев. В верхнем освещенном (фотобиосфера) где существуют фотосинтезирующие организмы и нижнем почвенном (афотобиосфера), где расположена зона подземной жизни.

Биосфера является единственным местом обитания человека и других живых организмов, причем из построений Вернадского и ряда других ученых следует закон незаменимости биосферы.

Биосфера – это единственная система обеспечивающая устойчивость среды обитания при любых возникающих возмущениях. Нет никаких оснований надеяться на построение искусственных сообществ, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды в той же степени, что и естественные сообщества.

Из этого закона следует, что конечность задачей охраны природы является сохранение биосферы, как естественного и единственного места обитания человеческого общества.

Современные философские концепции сводятся к тому, что процесс взаимодействия общества и биосферы должен быть управляем во взаимных интересах с тем, чтобы неизбежный научно – технический прогресс не привел к деградации биосферы как среды обитания общества. Данный этап эволюции биосферы рассматривают в качестве этапа разумного развития, то есть ноогенеза (от греческого ноос – разум). Соответственно происходит постепенное превращение биосферы в ноосферу. Понятие ноосфера введено в 19 веке французским ученым Леруа (Ле Руа) и развита далее Тейар де Шарденом.

Под этим термином они понимали особую оболочку земли, включающую общество с индустрией, языком, хозяйственной деятельностью, религией и всеми иными атрибутами. Ноосфера рассматривалась в качестве некоторого мыслящего пласта, разворачивающего над биосферой вне её.

Вернадский считал, что ноосфера это новое геологическое явление на земле. В ней впервые человек становится мощной геологической силой, но мыслить и действовать человек, как и все живое может только в области распространения жизни, то есть в биосфере с которой он неразрывно связан и из которой не может уйти. Закон ноосферы Вернадского имеет следующую формулировку: Биосфера неизбежно превратится в ноосферу, то есть в сферу где разум человека будет играть доминирующую роль в развитии системы человек – природа. Смысл закона ноосферы видится в том, что люди будут управлять не природой, прежде всего собой (Рей Месс 1992 год).

Экологический мониторинг.

Под экологическим мониторингом понимают систему наблюдений за изменениями состояния среды, вызванными антропогенными причинами, позволяющую прогнозировать развитие этих изменений. Термин мониторинг образован от латинского слова монитор – наблюдающий, предостерегающий (так называли вперед смотрящего матроса на парусном судне.

Секретариат ООН по окружающей среде определил экологический мониторинг как систему повторных наблюдений элементов окружающей среды в пространстве и во времени с определенными целями в соответствии с заранее подготовленными программами.

Объектами мониторинга могут быть природные, антропогенные или природно – антропогенные экосистемы. Экологический мониторинг включает проведение экспериментов, моделирование процессов в качестве основы прогнозирования. Организация мониторинга должна решать как локальны задачи наблюдения за состоянием отдельных экосистем или их фрагментов, например биоты, так и задачи планетного порядка, то есть предусматривать систему глобального мониторинга. Базой глобального мониторинга является авиационная, космическая и вычислительная техника. Экологический мониторинг представляет собой организованную систему наблюдений, слагающееся из звеньев разного уровня:

· Глобального (биосферного) мониторинга, осуществляемого на основе международного сотрудничества, которое в последние годы становится все более интенсивной.

· Национального мониторинга осуществляемого в пределах государства специально созданными органами.

· Регионального мониторинга, осуществляемого в пределах крупных районов, например в пределах геосистем и так далее

· Локального (биоэкологического) мониторинга, включающего слежение за изменением качества среды в пределах населенных пунктов, промышленных центров, непосредственно на предприятиях. Примером локального мониторинга является постоянная система наблюдения и контроля загрязнения воздуха в городах, на транспортных магистралях, осуществляемая при помощи стационарных, передвижных или подкапельных постов.

Академик Герасимов подразделяет систему мониторинга на блоки, каждый из которых имеет систему наземного мониторинга окружающей среды по Герасимову 1981 год.

20.11.13. Экологическая ниша организма.

1.Любой вид адаптирован к строго определенным условиям окружающей среды, унаследованные от предков требования организмов к составу и режимам экологических факторов определяют границы распространения того вида к которому этот организм принадлежит, то есть ареал, а в пределах ареала конкретные места обитания. Любой вид животного, растения, микроба способен нормально обитать, питаться, размножаться только в том месте, где его прописала эволюция за многие тысячелетия, начиная с его предков. Для обозначения этого феномена биологи заимствовали термин из архитектуры – слово «ниша» и стали говорить, что каждый вид живого организма занимает в природе свою, только ему присущую экологическую нишу.

Экологическая ниша организма – это совокупность всех его требований к условиям среды (составу и режимам экологических факторов) и места где эти требования удовлетворяются, или вся совокупность множества биологических характеристик и физических параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, преобразование им энергии, обмен информацией со средой и себе подобными. Американский ученый Джонан Гриннелло в 1928 году введен термин экологическая ниша. Место обитания вида – это пространственно ограниченная совокупность условий абиотической и биотической среды, обеспечивающее весь цикл развития особей или группы особей одного вида.

Экологическая ниша, характеризует степень биологической специализации вида. Как считают ученые место обитания организма – это его адрес, экологическая ниша – его род занятий или стиль жизни, или профессия. Экологическая специфичность вида подчеркивается аксиомой экологической адаптированности: «каждый вид адаптирован к строго определенной специфичной для него совокупности условий существования – экологической нише». Виды организмов экологически индивидуальны, они имеют специфические, экологические ниши. Сколько на земле видов живых организмов, столько же экологических ниш. Организмы, ведущие сходный образ жизни, как правило, не живут в одних и тех же местах из – за межвидовой конкуренции. Советский биолог Гаузе в 1934 году установил принцип конкурентного взаимоисключения: два вида не занимают оду и ту же экологическую нишу. В природе также действуют правила обязательности заполнения экологических ниш: пустующая экологическая ниша всегда и обязательно будет заполнена. Экологические ниши всегда бывают заполнены, хотя на это порой требуется значительное время.

Особенно важно учитывать природные закономерности при попытках вмещаться в существующую ситуацию, с целью создания более благоприятных условий для человека. Биологами доказано: в городах при повышении загрязненности территории пищевыми отходами возрастает численность ворон. При попытке улучшить ситуацию в частности путем физического уничтожения этих ворон, население может столкнуться с тем, что экологическая ниша в городской среде освобожденная воронами будет быстро занята видом, имеющим близкую экологическую нишу, именно крысами.

Дата добавления: 2014-04-05; просмотров: 1165; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!