Причины устойчивости и смены экосистем кратко

Обновлено: 02.07.2024

Для любой экосистемы характерны непостоянство и изменчивость. Природа периодически меняется, принимая новую форму и образуя качественные связи между живыми организмами. Биогеоценоз является примером типичной экосистемы, для которой характерно большое количество связей между животными, растениями и микроорганизмами.

Что такое биогеоценоз

Если взять любой участок земли, на котором хотя бы в каком-то виде присутствует жизнь, можно обнаружить много видов организмов, связанных между собой с помощью круговорота энергии и веществ. Такие биотопы, т. е. участки суши, называются биогеоценозами. Это один из видов экосистемы, для которого характерны все признаки последней:

Чтобы определить, какие причины вызывают смену биогеоценозов, необходимо понимать целостность и сложность организации этой природной системы. Ее составляющими являются животные, растения, грибы, бактерии и другие микроорганизмы. Между ними образуются тропические, трофические, фабрические, топические связи, которые являются основой круговорота органических и неорганических веществ.

Пищевые цепочки – это основной способ передачи энергии между организмами. Они бывают пастбищные и детритные, сильноразветвленные и слаборазветвленные, с большим количеством звеньев и с малым количеством звеньев. Все это в совокупности наделяет биогеоценоз способностью к саморегуляции и самовоспроизведению.

Круговорот веществ в биогеоценозе

Каковы причины смены биогеоценозов? В первую очередь это круговорот веществ. Минеральные и органические вещества являются важной составляющей каждой экосистемы. Например, растения выделяют кислород, который нужен для дыхания животных. В свою очередь животные выделяют в атмосферу углекислый газ, который необходим растениям для процесса фотосинтеза. Этот простейший пример показывает, насколько тесно связаны организмы между собой.

Причины смены биогеоценозов часто кроются в исчезновении одного из звеньев цепи питания. Круговорот органического вещества протекает в сообществе по следующей схеме: продуценты синтезируют органику, консументы ее потребляют, а редуценты переводят органические остатки консументов в материал для нового синтеза белков, жиров и углеводов.

Соответственно, среди консументов выделяют травоядных животных и хищников. Если резко возрастает количество хищников, то травоядные животные исчезают из экосистемы. Если они были единственным источником пищи, хищники также могут погибнуть от голода. Если же количество травоядных животных преобладает, то и скорее заканчиваются запасы их корма. Эти примеры показывают, какие причины вызывают смену биогеоценозов: отсутствие одного из звеньев любого круговорота может приводить к дальнейшему саморазрушению экосистемы. Поэтому для ее сохранения важны такие понятия, как взаимозаменяемость и разнообразие видов организмов.

Изменения в биогеоценозах. Главные причины смены

1. Нормальные природные процессы внутри сообщества (сукцессия).

2. Антропогенные факторы: вырубка лесов, осушение болот, в более масштабном смысле – загрязнение атмосферы и водоемов.

3. Воздействие каких-либо климатических аномалий: сушь, сильные морозы, бураны и шторм (катастрофические факторы).

В сегодняшних реалиях влияние антропогенного фактора на экосистемы и природу в целом резко возросло. Сейчас только в отдаленных уголках можно наблюдать естественную смену одного биотопа другим.

Каковы причины устойчивости и смены биогеоценозов?

Устойчивость экосистемы определяется несколькими факторами, которые зависят от уровня ее организации, территории, количества различных видов организмов. Вот основные критерии, по которым можно судить об устойчивости биогеоценоза:

1. Степень замкнутости круговорота веществ.

Чтобы экосистема дольше сохранилась, все вещества должны быть вписаны в общий круговорот обмена. Если органика и неорганика каким-либо образом вымывается, не востребована в популяции животных или растений данной среды, то происходит постепенный отток веществ из экосистемы. И наоборот, если все пищевые цепочки имеют по несколько звеньев, а для каждого органического или неорганического вещества есть потребитель, то в результате сохраняется постоянный состав сообщества.

По этому признаку в целом можно определить, какие причины вызывают смену биогеоценозов.

2. Тип внутреннего круговорота веществ.

Здесь экосистемы делятся на три группы: независимые, зависимые и подчиненные. Независимые биогеоценозы располагаются вблизи источников воды, что дает возможность получать влагу без каких-либо затруднений. Зависимые экосистемы располагаются в таких местах, где поступление воды затруднено и происходит в определенные промежутки времени (например, биоценозы скал или пустынь). К последней группе относятся такие территории, которые располагаются в низинах и получают только ту влагу, которая скапливается там после выпадения осадков.

3. Скорость протекания обмена веществ

Еще одна важная характеристика устойчивости экосистемы, которая зависит от скорости распада и синтеза органических веществ. Чем выше этот показатель, тем дольше биогеоценоз может просуществовать.

Катастрофические смены экосистемы

Независимо от того, какие причины вызывают смену биогеоценозов, климатические изменения и аномалии могут губительно сказаться на любом из них. Примерами служат выжженные из-за засухи леса, потопы, молнии и сильный ветер, которые разрушают деревья и могут вырвать их с корнем.

Стадии развития биогеоценозов

Сукцессия – это естественная смена одного биогеоценоза другим. Любая экосистема способна претерпевать изменения в своем составе и развитии. Естественная конкуренция между видами организмов приводит к перестройке всей экосистемы, результатом которой являются изменения в биогеоценозах. Причины смены в этом случае – это появление новых растений и животных, которые более приспособлены к данной местности. Примером может случить лиственный лес, который состоит из клена, сосны, березы и других деревьев. Через длительный промежуток времени эти растения вытесняются хвойными.

Стадии сукцессии проще всего объяснять, опираясь на растительный состав биогеоценоза. Флора оказывает наибольшее влияние на дальнейшее формирование биотопа и фауны, что объясняет классификацию этапов развития.

Первая стадия представляет собой мелкий травяной покров, высота которого может не превышать полметра. Это обычные луга, флора которого состоит преимущественно из различных многолетних и однолетних трав, цветов, хвощей и папоротников.

Вторая стадия характеризуется появлением в биогеоценозе кустарников. Фауна также претерпевает изменения, что отражается на межвидовых связях.

Третья стадия – это развитие широколиственного леса, которая может длиться большой промежуток времени. Появляются новые виды деревьев, животных и микроорганизмов. В биогеоценозе с бурным развитием флоры формируется ярусность: появляется подстилка леса, животные осваивают новые территории и места обитания.

Четвертая стадия называется климаксовой, или климаксом. Она представляет собой хвойные леса, которые постепенно заменяют лиственные путем затемнения нижних ярусов. В итоге такие светолюбивые растения, как береза, дуб, ясень не могут вырасти до нормальных размеров. Четвертая стадия является конечной в развитии биогеоценоза, т. к. здесь наблюдаются наименьшие потери энергии, более тесные и развитые связи между организмами.

Первичная сукцессия

Все вышеперечисленные этапы представляют собой закономерный природный процесс, который называется сукцессией. Любая экосистема стремится пройти все 4 этапа развития, начиная от трав и заканчивая климаксовым хвойным лесом. Однако сукцессия также бывает двух видов: первичная и вторичная.

Первичная сукцессия характерна для тех территорий, на которых изначально не было признаков жизни. Это могут быть скалы, застывшая лава, пустыри. Любое из этих мест рано или поздно заселяется микроорганизмами, затем туда попадают семена непривередливых растений, появляются насекомые.

Вторичная сукцессия

Если еще раз просмотреть, какие причины вызывают смену биогеоценозов, антропогенные и климатические факторы часто находятся в первых строчках списка. Чаще всего они приводят к разрушению экосистемы. Однако даже на выжженной опустошенной земле остаются семена растений, под землей выживают личинки насекомых, черви. Что тут говорить о бактериях и протистах, которые смогут пережить любую климатическую аномалию. Все это является фундаментом для вторичной сукцессии – процесса восстановления биогеоценоза на месте исчезнувшего старого.

Заключение

Любые биотические и абиотические факторы могут повлиять на развитие экосистемы. Это нормальные процессы, которые проходят в природе, поэтому на них очень трудно повлиять. Исключением является, разве что, вмешательство человека в окружающую среду, однако в большинстве случаем это приводит к негативным последствиям. Вот каковы основные причины смены биогеоценозов.

Одни биогеоценозы более стабильные, по сравнению с другими. Устойчивость естественных экосистем достигается с помощью видового разнообразия флоры и фауны, способности к саморегуляции численности особей в популяциях. Характерна высокая первичная продуктивность, практически отсутствуют неиспользованные органические остатки. Примеры стабильных экосистем: дубрава, влажный тропический лес, ельник, озеро (таблица 1).

Видовое разнообразие дубравы

Группы организмов по типу питания

Примеры растений, животных, микроорганизмов

Продуценты — растения

Верхний ярус — высокие деревья.

Дуб, ясень, клен, липа, дикая груша.

Средний ярус — кустарники.

Лещина, калина, бересклет, бузина, крушина.

Нижний ярус — травы.

Валериана, купена, медуница, чистотел.

Консументы — животные

Грызуны, зайцы, дикие кабаны, косули, зерноядные птицы.

Хищные птицы, ласка, куница, волк, лиса.

Редуценты

Факторы устойчивости дубравы:

Высокая биологическая продуктивность.
Разветвленные и переплетенные пищевые цепи.
Популяции, приспособленные к совместному обитанию.
Саморегуляция.
Полный круговорот веществ и энергии.

Причина смены биогеоценозов — достижение стабильного состояния. Развитие продолжается до тех пор, пока не сформируется уравновешенное природное сообщество, которое способно поддерживать баланс веществ и энергии в экосистеме.

Смена экосистем сопровождается:

повышением видового разнообразия;
заменой доминирующих видов;
разветвлением и усложнением цепей питания;
повышение роли видов с длительными циклами развития;
развитие взаимовыгодных связей между организмами.

Неустойчивые экосистемы изменяются быстрее. Происходит смена растительного покрова, популяций животных. Постепенно, одни экосистемы превращаются в другие. На месте озера появляется болото, на заброшенной плантации шалфея восстанавливается степная растительность.

Существует две основные причины неустойчивости биогеоценозов:

Малое видовое разнообразие.
Несбалансированность круговорота веществ.

Даже биогеоценозы с малым видовым разнообразием (тундра, полупустыня, пустыня) более устойчивы, по сравнению с искусственными экосистемами. Неустойчивость последних — следствие наличия монокультуры, простоты пищевых цепей, невозможности саморегуляции.

Тундры и пустыни без сильной антропогенной нагрузки, в условиях отсутствия значительных климатических изменений, способны существовать длительно. В этих и других устойчивых экосистемах все, что производят растения, используется гетеротрофными организмами.

Человек, изымая значительную часть органики в искусственно созданных экосистемах, прерывает естественные потоки веществ и энергии. Энергия частично возвращается с удобрениями, но этого недостаточно. Агроэкосистемы быстро деградируют без вмешательства человека (обработки почвы, внесения удобрений, борьбы с болезнями и вредителями).

Разнообразие экосистем. Сукцессия

Раздел ЕГЭ: 7.3. Разнообразие экосистем (биогеоценозов). Саморазвитие и смена экосистем. Устойчивость и динамика экосистем. Биологическое разнообразие, саморегуляция и круговорот веществ — основа устойчивого развития экосистем. Причины устойчивости и смены экосистем. Изменения в экосистемах под влиянием деятельности человека. Агроэкосистемы, основные отличия от природных экосистем

Разнообразие экосистем (биогеоценозов):

по географическому положению – океанские, сухопутные, речные, горные экосистемы;
по размеру – крупные, средние, малые экосистемы;
по источнику энергии – обычные (продуценты – зеленые растения), нестандартные (продуценты – хемотрофные бактерии, обитающие у подводных вулканов);
по происхождению и многим другим факторам.

Сообщества организмов, которые существуют на начальных этапах, имеют небольшое видовое разнообразие, высокую продуктивность, слаборазветвленную пищевую сеть, резкие колебания численности популяций. Поэтому они заменяются стойкими сообществами. Этот процесс продолжается, пока не сформируется биогеоценоз.

Причины устойчивости экосистем:

Видовое разнообразие (чем больше видовое разнообразие, тем шире пищевые взаимоотношения между организмами, тем разветвленнее пищевые сети)
Круговорот веществ (естественное циклическое движение химических элементов от одного компонента биосферы к другому, поддерживаемое потоком солнечной радиации; основным средством этого круговорота служат пищевые связи живых организмов)
Саморегуляция (процесс ограничения численности особей каждого вида, а не уничтожения их друг другом)

Смена биогеоценоза (сукцессия) — направленная и непрерывная последовательность появления и исчезновения популяций разных видов в данном биотопе. Менее устойчивый биогеоценоз заменяется более устойчивым. Устойчивость биогеоценоза определяется полнотой круговорота веществ, густотой трофической сети, видовым многообразием. Первичная сукцессия наблюдается в том случае, если развитие сообщества идет на вновь образовавшихся, ранее никем не заселенных местах (застывших потоках лавы, песчаных дюнах). Вторичная сукцессия происходит в том случае, если на какой-либо местности ранее существовала растительность, но по каким-то причинам (пожар) она была уничтожена, и затем постепенно восстановилась естественным путем (заброшенное поле, образование болота на месте лесного озера).

Неполнота круговорота веществ. Вследствие этого в биогеоценозе накапливается масса непереработанных консументами и редуцентами остатков организмов и продуктов их жизнедеятельности, что создает условия для вселения новых видов.
Увеличение видового разнообразия. Это способствует замещению одних видов другими.

Осуществляются в одном направлении.
Происходит увеличение видового разнообразия, разветвляется пищевая сеть, потребляется все большая часть первичной продукции.
Процесс продолжается до тех пор, пока биогеоценоз не достигнет значительного видового разнообразия.
Способствуют формированию зрелых биогеоценозов.

Агроэкосистема — это экологическая система, объединяющая участок территории (географический ландшафт), занятый хозяйством, производящим сельскохозяйственную продукцию.

Искусственные биоценозы, созданные людьми, занимающимися сельским хозяйством, называются агроценозами. Они включают те же компоненты среды, что и естественные биогеоценозы, обладают большой продуктивностью, но не обладают способностью к саморегуляции и устойчивости, т.к. зависят от внимания к ним человека.

Агроценоз — сообщество, которое создано с целью получения сельскохозяйственной продукции, поддерживается человеком, обладает высокой урожайностью одного или нескольких видов растений или животных. Агроценоз — менее целостная и устойчивая система, так как:

состоит из небольшого числа видов, имеющих высокую численность;
цепи питания короткие и простые;
круговорот веществ неполный;
защитные механизмы культурных растений слабее, чем у дикорастущих.

Сравнительная характеристика биогеоценоза и агроценоза

Причины устойчивости экосистем. Каждая экосистема – это динамическая структура, состоящая из сотен и даже тысяч видов продуцентов, консументов и редуцентов, связанных друг с другом сложной сетью пищевых и непищевых взаимоотношений. Устойчивость экосистемы зависит от её видового многообразия и сложности цепей питания. Чем сложнее и разветвлённее цепи, тем стабильнее существование экосистемы. Экологические возможности разных видов так дополняют и компенсируют друг друга, что в случае незначительных изменений условий окружающей среды сложная система сохраняет свою целостность.

Каждый вид в составе экосистемы представлен популяцией, поэтому стабильное существование экосистемы определяется стабильным существованием входящих в неё популяций. Изменение внешних условий воздействует на некоторые виды неблагоприятно, их численность уменьшается, и они могут вовсе исчезнуть из экосистемы. Такое направленное увеличение или уменьшение численности особей какой-либо популяции может привести к изменению экосистемы в целом. Например, при резком увеличении численности копытных в степной зоне может произойти полное уничтожение растительности. Нарушение травяного покрова вызовет ветровую эрозию почвы, и верхний плодородный слой может быть полностью уничтожен. Количество копытных в отсутствие основного корма снизится, но это не приведёт к автоматическому восстановлению растительности в экосистеме.

Абсолютно неизменной и статичной может быть только неживая система. Даже в самых стабильных экосистемах в зависимости от сезона, времени суток, погодных влияний происходят определённые изменения. Если эти изменения отражают некие циклические процессы во внешней среде, они не приводят к направленному преобразованию экосистемы. Все показатели такой экосистемы колеблются около некой средней величины, т. е. поддерживается динамическое равновесие.

Равновесное состояние экосистемы означает, что то количество продукции, которое синтезируют зелёные растения и другие продуценты, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. В этом случае биомасса экосистемы остаётся постоянной, а положение экосистемы равновесным. Если затраты в экосистеме снизятся, она не сможет перерабатывать всю продукцию, и органическое вещество начнёт накапливаться, если энергозатраты повысятся – исчезать. В обоих случаях равновесие нарушится, что вызовет изменение сообщества. Эти изменения могут затронуть видовое разнообразие, структуру пищевых цепей, продуктивность и другие показатели системы, что в конце концов приведёт к смене экосистем.

Смена экосистем. Этот процесс заключается в том, что в определённом районе в строго определённой последовательности происходит закономерная смена популяций различных видов. Как правило, это очень длительный процесс, однако иногда изменения в экосистеме можно проследить на протяжении жизни нескольких поколений. Примером таких быстрых изменений может служить зарастание небольшого озера.

Сначала по периметру озера образуется сплавина – сплошной ковёр плавающих растений, которые, погибая, опускаются на дно водоёма. В придонных слоях в условиях нехватки кислорода редуценты не успевают перерабатывать все отмирающие части растений и животные остатки. В результате образуются торфяные отложения, озеро постепенно мелеет и превращается в болото. В дальнейшем болото зарастает с краёв, превращаясь в луг, а позднее в лес. Таким образом, полностью меняется видовой состав и растительной, и животной части экосистемы. На месте бывшего озера формируется экосистема леса.

Смена сообществ при зарастании водоёма. Растительность продвигается от берегов к центру водной поверхности (А). Этот процесс продолжается, и озеро постепенно заполняется торфом (Б, В). После того как озеро полностью заполнится торфом, на его месте вырастает лес (Г)

Экосистемы всегда стремятся к сохранению равновесия, поэтому при смене экосистем каждая последующая стадия развития длительнее и устойчивее предыдущих.

В природе смены экосистем происходят постоянно и характеризуются определёнными закономерностями: увеличивается видовое разнообразие, нарастает общая биомасса, усложняются цепи питания. Всё это постепенно приводит к формированию стабильных сообществ.

Конечный этап развития экосистем зависит от климатических, почвенных, водных и топографических условий. В одних районах земного шара наиболее устойчивым сообществом будет лес, в других – степь, а в третьих – тундра. С течением времени условия на земном шаре постепенно изменяются в том или ином направлении, и то сообщество, которое было стабильным в определённый период исторического развития, спустя тысячи лет уступит место иному стабильному сообществу, чья структура соответствует изменившимся условиям. Так, более 10 тыс. лет назад в эпоху последнего оледенения на месте нынешних широколиственных листопадных лесов находилась тундра.

Если не считать землетрясений, оползней, извержений вулканов и других природных катастроф, естественные смены экосистем происходят постепенно. Однако вмешательство человека часто вызывает резкие и глобальные изменения, приводящие к нарушениям или гибели экосистем.

Сущность сукцессий

Сукцессия представляет собой последовательное совершенствование экосистемы. Наиболее заметно проследить сукцессию возможно на примере растений, она проявляется в смене растительности, изменении их состава и замене одних доминантных растений другими. Каждую сукцессию возможно разделить на две основные группы:

Первичная сукцессия.

Первичная сукцессия является исходной отправной точкой, так как возникает на безжизненных участках. В наше время практически вся суша уже занята различными сообществами, поэтому возникновение свободных от живых существ участков имеет локальный характер. Примерами первичной сукцессии являются:

заселение сообществами на скалах;

заселение отдельных территорий в пустыне.

В наше время первичная сукцессия довольно редкая, однако в какое-то время каждый участок суши прошел этот этап.

Вторичная сукцессия

Вторичная или восстановительная сукцессия происходит на ранее заселенном участке. Такая сукцессия может возникать везде и проявляться в различных масштабах. Примеры вторичной сукцессии:

заселения леса после пожара;

зарастание заброшенного поля;

заселение участка после схода лавины, что уничтожила на почве все живое.

Причинами вторичной сукцессии выступают:

Полный процесс вторичной сукцессии длится около 100-200 лет. Он начинается, когда на участках появляются однолетние травяные растения. Через 2-3 года их вытесняют многолетние травы, потом еще более сильные конкуренты – кустарники. Конечным этапом становится появление деревьев. Растут осина, ель, сосна и дуб, которым заканчивается процесс сукцессии. Это означает что восстановление естественной экосистемы на этом участке полностью завершено.

19.05.2020

Лекция

Сущность сукцессий

Первичная сукцессия.

заселение сообществами на скалах;

заселение отдельных территорий в пустыне.

Вторичная сукцессия

заселения леса после пожара;

зарастание заброшенного поля;

заселение участка после схода лавины, что уничтожила на почве все живое.

Причинами вторичной сукцессии выступают:

Читайте также: