Чем определяется устойчивость экосистемы кратко

Обновлено: 02.07.2024

Устойчивость – способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные свойствапри воздействии внешних факторов, способность возвращаться в исходное состояние. Устойчивыми будут экосистемы в климаксовой стадии. Дубрава, ковыльная степь, тайга – пример упругих экосистем. Но и среди природных (зональных) экосистем есть различия в устойчивости. Лиственные леса более пластичны, чем хвойные. Степь устойчивее тундры. Все сукцессионные стадии – неустойчивые экосистемы, которые стремяться к устойчивости.

Главным условием устойчивости является видовое разнообразие. Устойчивость определяется соответствием видового разнообразия экосистемы условиям жизни и степенью развитости этих экосистем.

Видовое разнообразие обеспечивает функции экосистемы засчет:

1. Взаимной дополнительности видов. Н-р. В лесу виды делят свет по ярусам, в почве виды делят пищу, разделение труда у животных: время активности, место выведения потомства и т.д.)

2. Взаимозаменяемость видов. Со схожими экологическими требованиями виды могут заменять друг друга в выполнении функций. Н-р, насекомые опылители, разные виды елей, пихты.

3. Регуляторные свойства. Саморегуляция на свойствах обратной связи. Чем разнообразнее виды, тем больше у жертвы хищников.

4. Надежность обеспечения. Главная функция – создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности обеспечивается многими видами, которые страхуют деятельность друг друга. Н-р, разлагать целлюлозу в почве могут бактерии, грибы, клещи, дождевые черви

Глобальная экологическая проблема – снижение видового разнообразия, которое грозит устойчивости всей биосферы. Важно не допустить снижения видового разнообразия до такого уровня, который отразится на устойчивости биосферы.

К неустойчивым относятся все антропогенные системы.

Агроэкосистемы. Пути повышения их устойчивости и урожайности.

Если в цепи питания: растение - растительноядное насекомое – паразит усилить последнее звено, то это приведет к сохранению урожая. Специальное использование живых организмов для подавления численности вредителей называют биологическим методом борьбы за урожай.

Устойчивую регуляцию численности отдельных видов может осуществлять только сложное сообщество. Одно из современных направлений в сельском хозяйстве – поддержание как можно большего видового разнообразия на полях и их окружении. Из-за изъятия урожая агроценозы не в состоянии поддерживать круговорот веществ. Почва быстро истощается, если не вернуть в нее биогенные элементы в виде минеральных и органических удобрений. Поддерживать устойчивый биологический круговорот веществ можно при экологически грамотном создании агроэкосистем.

Агроэкосистемы – это такие сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат ее составляющих на поля. Высокое биологическое разнообразие поддерживается за счет специально спланированного ландшафта: чередование полей, лугов, перелесков, создание живых изгородей, лесополос, водоемов и т.п. Большую роль в поддержании разнообразия видов на полях играет правильная организация севооборотов, чередование культур во времени и в пространстве. Наиболее передовым направлением современного сельского хозяйства является переход от принципов противоборства с природой к принципам сотрудничества с ней. Это означает максимальное следование экологическим законам в сельскохозяйственной практике.

Видовое разнообразие обеспечивает функции экосистемы засчет:

К неустойчивым относятся все антропогенные системы.

Агроэкосистемы. Пути повышения их устойчивости и урожайности.

Устойчивость экосистем

Долговременное существование экосистем — то есть их устойчивость — обеспечивают взаимодействия между продуцентами, консументами и редуцентами, происходящие благодаря круговороту веществ и поступлению в систему солнечной энергии.

Устойчивость экосистемы обусловлена нескольким причинами.

Биологическим разнообразием — при достаточно большом видовом разнообразии животные-консументы вольны выбирать любые виды пищевых ресурсов, наиболее рассчитывая на массовые и потому доступные. Биологическое разнообразие позволяет целесообразно использовать ресурсы среды. Если птицы в лесу столь активно охотились на определенный вид многоножек, что почти уничтожили их, можно переключиться на других насекомых и червей, давая возможность многоножкам восстановить популяцию.

1. Высокой численностью особей каждого вида в популяции и поддержанием ее на том уровне, который позволяет всем особям находить пропитание и место проживания.

2. Сложными, разветвленные цепями и сетями питания.

3. Сбалансированным (замкнутым) круговоротом веществ.

Устойчивость экосистемы не постоянна. Со временем все меняется - там, где были реки и леса, появляются пустыни.

Однако, в течение определенного и достаточно длительного времени экосистема устойчива и у этой устойчивости есть определенные критерии.

Критерий №1

Поток энергии и круговорот веществ.

Откуда берется энергия? Растения (продуценты) получают солнечную энергию и неорганические вещества, превращают это в энергию соединений - органических веществ.

Дальше по известной схеме трофических сетей органические вещества переходят с одного уровня на другой и поступают к редуцентам.

Задача редуцентов - вернуть элементы соединений в окружающую среду - органические вещества перерабатываются в неорганические.

Критерий №2

Чем больше видов на каждом трофическом уровне, тем выше устойчивость. Логика здесь очень простая - если исчезнет какой-то один вид, то от этого исчезновения не должен зависеть трофический уровень - кто-то встанет на его место.

Критерий №3

Самый загадочный критерий. Как организм залечивает раны, так и экосистема способная восстанавливаться. Природные катаклизмы, естественные процессы и человек могут серьезно повлиять на устойчивость - животные могут мигрировать, погибать, пищевые связи “трещат” по швам”, но проходит время и система самовосстанавливается.

И все же экосистемы вечными не бывают.

Давайте рассмотрим примеры смен экосистем (кстати, в ЕГЭ эти вопросы встречаются в части С).

Каменистая экосистема -> лесной массив

Абиотические разрушающие факторы: свет, выветривание, влажность;
Биотические разрушающие факторы: бактерии, лишайники, водоросли, грибы;

Создаются органические вещества, которые способствуют образованию почвы.

Первыми ее заселят неприхотливые организмы - лишайники ( это вообще “пионеры” экосистем) и мхи.

Затем появятся травянистые формы, потом кустарники и затем уже деревья.

Сукцессия водоема

Водоем зарастает зелеными водорослями. Образуется “ковер”, другим растениям и животным не хватает кислорода и постепенно водоем заболачивается. Но, появляются организмы. приспособленные к такой среде. Появляется все больше травы, потом появляются кустарники - появляется мокрый луг, где свободно могут прорастать ягоды, грибы, обитать птицы. Еще несколько лет, и на месте водоема появляется лес.

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ — ее способность к реакции, пропорциональной по величине силе воздействия. Неустойчивость экосистемы ■—несоответственно большой ее отклик на относительно слабое воздействие.[ . ]

Экосистема живет и развивается как единое целое. В природе менее устойчивые экосистемы со временем сменяются на более устойчивые. Их смена определяется тремя факторами: 1) упорядоченным процессом развития экосистемы — установлением в ней стабильных взаимоотношений между видами; 2) изменением климатических условий; 3) изменением физической среды под влиянием жизнедеятельности организмов, составляющих экосистему.[ . ]

УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ - способность экосистемы и ее отдельных частей противостоять колебаниям внешних факторов и сохранять свою структуру и функциональные особенности. Напротив, степень неспособности экосистемы противостоять вредным внешним воздействиям означает ее уязвимость. Например, в данной экосистеме количество осадков понижается на 50% по сравнению со среднегодовыми значениями, но продукция растений уменьшается при этом только на 25%, а численность популяции растительноядных организмов — всего лишь на 10%. Относительное затухание колебаний в среде по мере их прохождения по пищевым цепям служит мерой внутренней устойчивости экосистемы - ее способности противостоять изменениям (Риклефс, 1979). При этом У.э. может быть обусловлена наличием запасов влаги в почве, а в случае достаточно длительной засухи - частичным замещением чувствительных к засухе травянистых растений засухоустойчивыми видами. Эта способность экосистем важна при изучении последствий воздействия на них антропогенных факторов, в частности наиболее уязвимыми являются экосистемы, где доминируют мхи и лишайники, наиболее чувствительные к загрязнениям атмосферного воздуха.[ . ]

Экосистемы способны саморегулироваться и сохранять свою устойчивость. Основной принцип сохранения , устойчивости экосистемы - сохранение замкнутости круговорота вещества. Основная причина неустойчивости экосистем - несбалансированность круговорота вещества из-за несогласованности деятельности организмов отдельных групп. Устойчивые экосистемы со сбалансированным круговоротом веществ называют зрелыми.[ . ]

Устойчивость экосистемы понимают как проявление гомеостатических свойств в условиях внешнего возмущения. Устойчивость обеспечивается сложным системным саморегулированием, в котором процессы эволюции играют ведущую роль: для сохранения устойчивости экосистема должна постоянно изменяться - эволюционировать. Для многих экосистем характерна смена фаз развития (сукцессия), знание которых позволяет в некоторых случаях замедлять или ускорять прохождение экосистемой той или иной фазы. Экосистемы нередко ведут себя вероятностным образом, что делает прогноз их изменений сложной научной задачей, а управление экосистемами скорее надеждой, чем обоснованными планами. Вместе с тем возможна успешная реставрация ряда экосистем.[ . ]

Под устойчивостью экосистемы следует понимать ее способность сохранять параметры своего состояния в установленных равновесных диапазонах при таком уровне воздействия на параметры, когда система может перейти в неустойчивое состояние, вызывающее негативные последствия для общества и среды обитания.[ . ]

Устойчивость экосистемы ( по Ю.Одуму [1])

Любая экосистема любого иерархического уровня может устойчиво функционировать только в пределах устойчивой реализации обратных связей или в области нарушения этих связей, когда элементы экосистемы способны компенсировать отклонения, определяемые положительной обратной связью (например, при поступлении загрязнений в водную экосистему она еще способна к самоочищению). Эта область устойчивости экосистемы называется гомеостатическим плато (см. рис. 65). В пределах (верхнем инижнем) действия обратных связей экосистема за счет компенсаторных регуляторов сохраняет устойчивость. В антропогенных экосистемах при возникающих соответствующих нагрузках для устойчивого их функционирования человек должен сам играть роль компенсаторного регулятора (озеленение, посадка леса, системы очистки воздуха и воды).[ . ]

За меру устойчивости экосистемы нередко принимают ее разнообразие. Это обусловлено высокой степенью корреляции между разнообразием и стабильностью (устойчивостью) экосистемы, что подтверждается и экспериментально (см., например, [85] ). Разнообразие часто определяется числом видов на единицу площади или объема. Этот термин фактически включает два понятия [53]: 1) богатство числа видов (или других групп) и 2) равномерность распределения или относительной распространенности особей внутри каждого вида (или группы). Известны неоднократные попытки подбора индекса разнообразия — единого числа, характеризующего многокомпонентную величину (как количество элементов в системе, так и их распределение по различным группам).[ . ]

Бедные видами экосистемы, такие как полярная тундра или песчаная пустыня, оказываются гораздо более уязвимыми Хотя отдельные виды или группы родственных видов могут быть представлены огромным числом особей, резкое изменение численности даже нескольких видов может иметь для экосистемы драматические последствия. Так, превышение пастбищной нагрузки на полупустынных территориях, где легкие песчаные почвы удерживаются корневой системой немногочисленных видов растений-ксерофитов (засухоустойчивых) ведет к быстрому превращению относительно устойчивой экосистемы полупустыни в песчаную пустыню. Этот процесс, называемый опустыниванием, ежегодно во всем мире приводит к потерям тысяч гектаров пригодных для скотоводства и некоторых форм растениеводства земель в зоне недостаточного увлажнения.[ . ]

Для повышения устойчивости экосистемы нуждаются в случайных стрессовых воздействиях типа бурь, пожаров и т. п. Но хронические стрессы малой интенсивности, характерные Для антропогенного воздействия на природу, не дают наглядных реакций, поэтому их последствия оценить очень трудно, но они могут оказаться роковыми.[ . ]

По мере развития экосистемы первопоселенцы постепенно сменяются новыми видами, более приспособленными к борьбе за существование. Например, под кронами лиственных деревьев вырастают медленно растущие и теневыносливые хвойные. Когда они становятся выше лиственных, то, закрывая им доступ к свету, вытесняют эти светолюбивые растения. Такая смена одних видов другими называется экологической сукцессией. Смена растительности сопровождается и сменой входящих в экосистему видов животных: сначала первичных потребителей, питающихся определенными видами растений, а затем потребителей последующих уровней в цепи питания. По мере развития экосистемы число составляющих ее видов возрастает, а связи между ними становятся все более сложными и разветвленными. Это приводит к все более полному использованию ресурсов среды, к увеличению устойчивости экосистемы. В конце концов, возникает устойчивая зрелая экосистема, находящаяся в равновесии со средой и способная сохраняться в течение длительного времени в относительно неизменном виде. Обычно в природе процесс сукцессии длится тысячи лет, но в отдельных случаях, например, после пожаров или при зарастании водоемов, можно наблюдать смену экосистем на глазах одного поколения людей. Несмотря на относительную устойчивость зрелых экосистем, они тоже могут заменяться другими. Это происходит, например, при резком изменении климата, а в последнее время - особенно под влиянием деятельности человека (вырубка лесов, осушение болот, распашка земель, строительство городов и поселков и т.д.).[ . ]

ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ ЭКОСИСТЕМЫ — см. Устойчивость экосистемы.[ . ]

Очевидно, что более устойчивая экосистема может выдерживать и более высокий уровень антропогенной нагрузки без существенного снижения ее качества и, наоборот, потеря устойчивости вызывает необходимость сокращения хозяйственной деятельности, проведение специальных мероприятий по восстановлению утраченных экосистемой свойств, что влечет экономические потери и дополнительные затраты.[ . ]

Экологическая политика экосистемы. Концептуальной основой экологической политики любой экосистемы является тезис об устойчивом развитии общества и среды его обитания. Устойчивое состояние экосистемы характеризуется ее экологической безопасностью. Напомним, что устойчивое состояние экосистемы не следует понимать как статическое равновесие по совокупности параметров состояния системы. Следует иметь в виду динамическую устойчивость экосистемы, когда параметры состояния среды обитания могут в различных вариациях изменяться внутри своих допустимых диапазонов, а уровень устойчивого состояния системы также может изменяться в пределах допустимого диапазона.[ . ]

Экологи различают два типа устойчивости экосистемы. Резистентная устойчивость - это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменной свото структуру и функцию. Упругая устойчивость - способность системы восстанавливаться после того, как се структура и функции были нарушены. Как правило, экосистемы, характеризующиеся высокой резистентной устойчивостью. обладают плохой упругой устойчивостью (например, почва) и, наоборот, экосистемы с плохой резистентной устойчивостью показывают высокую упругую устойчивость (например, лес).[ . ]

Конструирование биогеоценозов подобного рода имеет важное эколого-экономическое значение. Агростепь превратила деградированные бесплодные бросовые земли в высокопродуктивные пастбища во многих хозяйствах Ставрополья, Калмыкии, Краснодарского края.[ . ]

Экооиотемы обладают определенной устойчивостью против внешнего воздействия, направленного на наущение ее природного равновесия. Под понятием устойчивость экосистемы подразумевается ее способность противостоять нарушению естественного равновесия и нейтрализовать поступающие загрязнения (а другие стрессор ), т.в. ее способность восстанавливать СЕое природное состояние.[ . ]

Для создания высокопродуктивной и устойчивой экосистемы необходимо поддерживать максимально возможное многообразие биогеоценозов, создавая оптимальный ландшафт. Агроценозы должны быть разнообразны и содержать такие компоненты, как лесные полосы, перелески, живые изгороди. Все неудобные земли рекомендуют использовать под зеленые насаждения, парки. Среди высокопродуктивных агроценозов следует сохранять как можно больше природных участков различного масштаба с нетронутыми естественными биогеоценозами с их богатым биологическим разнообразием, где с максимальной полнотой осуществляется биотический круговорот веществ и охраняется ценный генофонд.[ . ]

Значения ПДЭН опираются на понятие устойчивости экосистемы, или критичности состояния экосистемы, или отдельных ее звеньев и уровней, если резерв прочности отсутствует.[ . ]

Климаксные сообщества характеризуются устойчивым динамическим равновесием между биотическими потенциалами входящих в сообщество популяций и сопротивлением среды. Постоянство важнейших экологических параметров обозначают как гомеостаз экосистемы. Устойчивость экосистемы тем больше, чем больше она по размеру и чем богаче и разнообразнее ее видовой и популяционный состав.[ . ]

Совокупности популяций различных видов в экосистемах создают устойчивые биогеохимические циклы, благодаря которым поддерживается постоянство современных сред жизни - почвенной, наземной и водной. Экосистемы способны к саморегуляции, восстановлению равновесия численности популяций многих видов, взаимодействующих между собой в биоценозах. Особое значение для гомеостаза экосистем имеют трофические отношения между видами. В природе закономерно сочетаются численности видов, представляющих основные экологические группы организмов: продуцентов (растений), консументов (животных) и редуцентов (бактерий и грибов). Чем более разнообразными видами представлена каждая группа, тем устойчивее экосистема в целом, благодаря взаимозаменяемости видов. В биогеоценозах многообразие биологических видов поддерживает устойчивые круговороты биогенов, химических элементов, входящих в состав живых организмов (кислорода, углерода, водорода, азота, фосфора, кальция, серы и др.), благодаря которым осуществляется усвоение и трансформация солнечной энергии в биосфере, получение ресурсов и переработка отходов.[ . ]

И те и другие, на наш взгляд, забывают о том, что экосистемы могут рассматриваться с термодинамической точки зрения. Как известно, количественной мерой движения и взаимодействия видов материи, присущих экосистемам, является энергия. А раз это так, то меру неупорядоченности и устойчивости экосистемы можно характеризовать величиной энтропии.[ . ]

Стабильность и развитие экосистем. В природных экосистемах происходят постоянные изменения состояния популяций организмов. Они вызываются разными причинами. Кратковременные — погодными условиями и биотическими воздействиями; сезонные (особенно в умеренных и высоких широтах) — большим годовым ходом температуры; от года к году — различными случайными сочетаниями абиотических и биотических факторов. Однако все эти колебания, как правило, более или менее регулярны и не выходят за границы устойчивости экосистемы — ее обычного размера, видового состава, биомассы, продуктивности, соответствующих географическим и климатическим условиям местности. Такое состояние экосистемы называется климаксным.[ . ]

В табл.4 представлены характеристики разных структур экосистемы, меняющихся в ходе сукцессии. В данной концепции вообще не рассматривается динамика видового состава сообщества.[ . ]

Описанная смена сообществ происходит в течение 60—80 лет. Устойчивость подобных сообществ определяется рядом причин: во-первых, сложением сообщества растениями с сильными средоооразующими свойствами, которые ограничивают возможность вселения в него новых видов. При этом условия возобновления тех видов, из которых состоит сообщество, достаточны. Во-вторых, в устойчивых экосистемах имеется хорошо сбалансированный многообразный набор видов животных. Взаимодействия популяций в таких сообществах многообразны, хорошо приспособлены к совместной жизни. Возможности вселения новых видов практически отсутствуют. Все эти свойства стабильного сообщества обеспечивают ему долгое существование.[ . ]

В настоящее время значительное внимание уделяется проблеме устойчивости развития био- и техносферы, охраны окружающей среды, и в частности, вопросам защиты природной среды от тепловых загрязнений, возникающих при работе энергетических комплексов. Рассмотрим данную проблему с позиций второго начала термодинамики [1 — 4]. Роль фундаментального понятия энтропии проявляется не только в техногенной деятельности, но и гораздо шире, включая вопросы устойчивости экосистемы человека. Правильно руководствуясь объективно действующими в природе законами сохранения и превращения энергии и возрастания энтропии можно с успехом решать экологические проблемы.[ . ]

Для прогноза измерения качества вод и самоочищаю-щей способности экосистемы озера были разработаны модели его пелагиали. С их помощью исследована внутригодовая и межгодовая динамика основных компонентов экосистемы, их энергетический баланс, видовой состав, динамика. Устойчивость экосистемы озера обеспечивается наличием в нем биокосной составляющей — детрита. Наибольшее отклонение от положения равновесия вызывается факторами, воздействующими на фитопланктон. Показано, что весенний максимум биомассы водорослей существенно зависит от доступности минерального питания, а осенний — от термических условий до начала и в период максимума. Речной сток влияет на динамику планктона лишь в районах впадения рек [5, 21].[ . ]

В работе [8] обсуждаются вопросы стабильности переменных. Для оценки устойчивости экосистемы вводится универсальная функция, названная мерой гомеостаза, равная отношению функциональных показателей экосистемы к структурным.[ . ]

Главнейшая экологическая функция животных — участие в биотическом круговороте веществ и энергии. Устойчивость экосистемы обеспечивается в первую очередь животными как наиболее мобильным элементом. Хотя биомасса животных на три порядка меньше биомассы растений (соответственно: 2 млрд т и 1841 млрд т), зато количество видов животных на Земле (около 1,5 млн видов) в 3 раза превышает число видов растений.[ . ]

На лесолуговой и луговой стадии дигрессии, наоборот, наблюдается общее ухудшение состояния фитоценоза с потерей устойчивости. Лесные фитоценозы в известной мере могут адаптироваться к антропогенному воздействию с помощью повышения функциональной роли растений нижнего яруса: с нарушением древесного яруса возрастает доля зеленой массы подроста, подлеска, травостоя, что в целом повышает устойчивость экосистемы [Коломыц и др., 2000].[ . ]

Принимая во внимание, что экологические риски сложны по структуре и управлению, что они носят и природный, стихийный, и антропогенный характер, вариант обеспечения устойчивости экосистемы с помощью экономических компенсирующих механизмов представляется наиболее критическим для практических действий экологического менеджмента экосистемы. Таким образом, экосистему можно представить как сложную динамическую модель, отражающую цели и задачи экономической системы, в которой основные процессы осуществляются в интересах обеспечения устойчивости данной экосистемы. Полагаем, что экономические процессы связаны с текущими затратами и ростом запасов, на основании которых экологический менеджмент решает задачу обеспечения устойчивости экосистемы. В научно-технической и экономической литературе рассматривают в качестве основных экономические динамические модели сбалансированного, эффективного и оптимального роста, устойчивости [2].[ . ]

Гонконг характеризуется богатой и разнообразной субтропической экологией с богатством видов фауны и флоры. Сохранение видов и земных и морских сред обитания защищает разнообразие дикой природы и устойчивость экосистемы и повышает качество нашей живой окружающей среды.[ . ]

У биологических систем возвращение в исходное состояние может происходить как за счет внутренних возможностей, так и за счет ресурсов других экосистем, что имеет принципиальное значение при оценке устойчивости системы. В последнем случае устойчивость биоценоза оказывается в жесткой зависимости от устойчивости экосистемы высшего ранга, в конечном счете — от состояния биосферы (Н.М. Марфенин, 1990).[ . ]

Это вполне своевременные практические задачи для решения экологических проблем устойчивого развития современного общества и среды обитания. Решения этих проблем позволят определить механизмы регулирования не только техногенных, но и глобальных природных явлений: климата, тектонических явлений и вулканической деятельности, магнитной и радиационной безопасности Земли, движения океанических масс и сопутствующих разрушительных явлений, движения материков, развития континентальной флоры и фауны, водных биоресурсов, перераспределения жизненного пространства и миграции народов Земли.[ . ]

Дальнейшее развитие этого направления показало необходимость выявления изменчивости процесса первичного продуцирования не только в сезонном или иных аспектах, но и в целом как источника эволюции экологических процессов. Важность такого подхода очевидна, поскольку изменчивость экосистемы и слагающих их объектов с присущими им функциональными особенностями приводит к возникновению нового уровня адаптации и является регулятором устойчивости экосистемы.[ . ]

Читайте также: