Что такое равновесное состояние экосистемы кратко

Обновлено: 07.07.2024

Ни один организм в природе не существует вне экосистем. И проявляется это в первую очередь в наличии огромного количества взаимосвязей данного организма с другими организмами и с абиотическими факторами. Эти связи – основное условие жизни организмов и их сообществ. Через эти связи реализуются механизмы круговорота биогенных веществ, механизмы передачи энергии, механизмы устойчивости экосистем. Эти связи настолько отточены ходом эволюционного процесса, что нарушение хотя бы одной из них может повлечь за собой цепь необратимых последствий вплоть до гибели экосистемы, точнее, вплоть до коренной перестройки ее структуры или замене другой экосистемой, как правило, более бедной. Взаимосвязи между организмами можно разделить на межвидовые и внутривидовые. Внутривидовые связи мы будем рассматривать более подробно при изучении динамики популяций. Здесь же мы остановимся на межвидовых отношениях, которые оказывают наибольшее влияние на организацию экосистем. Эти взаимосвязи обычно классифицируются по “интересам”, на базе которых организмы строят свои отношения:

1. пищевые (трофические) связи – формируют трофическую структуру экосистемы, которую мы уже рассмотрели ранее; помимо отношений, когда одни организмы служат пищей другим, сюда же можно отнести отношения между растениями и насекомыми-опылителями цветов, конкурентные отношения из-за похожей пищи и др.; это самый распространенный тип связей;

2. топические связи (от греческого слова топос – место) – основаны на особенностях местообитания, например, отношения между деревьями и гнездящимися на них птицами, живущими на них насекомыми, отношения между организмами и их паразитами и т.п.;

3. форические связи (от латинского слова форас – наружу) – отношения по распространению семян, плодов и т.п.;

4. фабрические связи (от латинского слова фабрикато – изготовление) – использование растений, пуха, шерсти для постройки гнезд, убежищ и т.п.

2. Какая энергия поддерживает постоянный круговорот веществ в экосистеме?

Все живые организмы в процессе жизнедеятельности находятся в постоянном и активном взаимодействии с окружающей средой. Суть этого взаимодействия заключается в обмене веществом и энергией. Жизнедеятельность экосистемы и круговорот веществ в ней возможны только при условии постоянного притока энергии. Основной источник энергии на Земле – солнечное излучение. Энергия Солнца переводится фотосинтезирующими организмами в энергию химических связей органических соединений. Передача энергии по пищевым цепям подчиняется второму закону термодинамики: преобразование одного вида энергии в другой происходите потерей части энергии. При этом ее перераспределение подчиняется строгой закономерности: энергия, получаемая экосистемой и усваиваемая продуцентами, рассеивается или вместе с их биомассой необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, а затем редуцентам с падением потока энергии на каждом трофическом уровне. В связи с этим круговорота энергии не бывает.

Стр. 158. Вопросы для повторения и задания.

1. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет её видовое разнообразие?

Разнообразие видового состава биоценозов обеспечивает реальное существование не столько цепей, сколько сетей питания, поскольку на каждом трофическом уровне находятся организмы разных видов, способные заместить друг друга в выполнении функций биотического круговорота веществ при изменении экологической ситуации. Чем разнообразнее пищевые цепи и сложнее их переплетение, тем устойчивее биоценоз. Действительно, в сложных цепях с большим видовым разнообразием экологические возможности разных видов дополняют и компенсируют друг друга. В результате даже при значительном изменении условий окружающей среды сложная система сохраняет свою целостность. Наиболее опасно (с точки зрения нарушения устойчивости) для экосистемы уменьшение биомассы продуцентов, а также повреждения на уровне таких элементов биотопа, как почва, вода, воздух.

2.Что такое равновесное состояние экосистемы?

Равновесное состояние экосистемы означает, что та биомасса (первичная продукция), которую синтезируют зеленые растения и другие автотрофы, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. При уменьшении потребностей консументов и редуцентов начинается накопление органического вещества, при увеличении – расходование его. Результатом накопления является, например, отложение торфа. Перерасход ведет к снижению численности консументов, а в некоторых случаях – к радикальным экологическим изменениям (козы, завезенные на мелкие тропические острова, истребили исходную растительность и привели к превращению лесов в полупустыню).

3. Приведите примеры быстрой смены экосистем.

Примером быстрой смены экосистем является зарастание озера. Сначала у берегов образуется сплавина – поверхностный слой влаголюбивых и водных растений. Затем происходит накопление торфа, постепенно заполняющего чашу водоема. В итоге озеро исчезает, сменяясь болотистым мелким лесом.

В случае смены сосняка ельником семена ели, попадающие в сосновый лес, сначала развиваются под сосновыми кронами. Затем, когда ели вырастают достаточно высокими, они начинают угнетать рост светолюбивых сосен. Ель же является растением теневыносливым и продолжает прекрасно развиваться. Со временем сосны в лесу замещаются елями; происходит смена и нижних ярусов: на место кустарничков и трав приходят мхи, устойчивые к недостатку света и повышенной влажности.

4. От чего зависит конечный этап развития экосистемы?

Конечный этап развития экосистемы зависит от климатических (прежде всего, годовые колебания температуры и количество осадков), почвенных и топографических условий. Например, в полярных широтах типичной экосистемой является тундра, в умеренном поясе – смешанные леса, в горах на высоте 2—3 км – альпийские луга. В случае водных экосистем важнейшее значение имеют температура и соленость воды, глубина и тип водоема.

Подумайте и выполните.

1. Объясните, к чему приводит необоснованная и случайная акклиматизация новых видов. Приведите примеры, которые вам известны из курсов ботаники и зоологии.

Вот енотовидная собака, которую в середине прошлого века завезли в Центральную Россию из-за ее меха. Енотовидная собака прекрасно почувствовала себя в тех местах, куда её заселили. Она приняла это предложение человека, мало того енотовидные собаки стали очень быстро размножаться, стали вытеснять лис из привычных мест обитания, стали их лишать кормовой базы. Другой пример – моллюск рапан, которого в моря Старого Света завезли от американских берегов на днищах кораблей. Теперь он в Черном море расплодился неимоверно и пожрал всю популяцию мидий. Сейчас крупных мидий там практически не встретишь.

Равновесное состояние экосистемы

Что такое равновесное состояние экосистемы?

Равновесное состояние экосистемы означает, что та биомасса (первичная продукция), которую синтезируют зеленые растения и другие автотрофы, в энергетическом отношении соответствует потребностям экосистемы. При уменьшении потребностей консументов и редуцентов начинается накопление органического вещества, при увеличении — расходование его. Результатом накопления является, например, отложение торфа. Перерасход ведет к снижению численности консументов, а в некоторых случаях — к радикальным экологическим изменениям (козы, завезенные на мелкие тропические острова, истребили исходную растительность и привели к превращению лесов в полупустыню).

Какими взаимоотношениями связаны все организмы, входящие в состав одной экосистемы?

Какая энергия поддерживает постоянный круговорот веществ в экосистеме?

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 (рис. 80).

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.

Рис. 80. 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.

Вопросы для повторения и задания

1. Какое значение для устойчивости экосистемы имеет её видовое разнообразие?

2. Что такое равновесное состояние экосистемы?

3. Приведите примеры быстрой смены экосистем.

4. От чего зависит конечный этап развития экосистемы?

Подумайте! Выполните!

1. Какие экосистемы наиболее устойчивы в вашей местности? Объясните, чем это обусловлено.

2. Объясните, к чему приводит необоснованная и случайная акклиматизация новых видов. Приведите примеры, которые вам известны из курсов ботаники и зоологии.

3. Проведите исследование. Изучите видовой состав растений и животных одного из наиболее распространённых в вашей местности типов биогеоценозов. Используйте для этой работы атласы-определители. Создайте карту биогеоценоза, нанесите на неё ареалы распространения основных видов. Есть ли в этом биоценозе виды, внесённые в Красную книгу? Оцените индексы видового разнообразия.

Работа с компьютером

Обратитесь к электронному приложению. Изучите материал и выполните задания.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Тема 5. ЕСТЕСТВЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЭКОСИСТЕМ

Тема 5. ЕСТЕСТВЕННОЕ РАВНОВЕСИЕ И ЭВОЛЮЦИЯ ЭКОСИСТЕМ Понятие равновесия является одним из основных в науке. Но прежде чем говорить о равновесии в живой природе, выясним, что такое равновесие вообще и равновесие в неживой

Причины — в генах

Причины изменчивости.

Причины изменчивости. Когда мы сравниваем особей одной и той же разновидности или под-разновидности наших издревле разводимых растений и животных, нас прежде всего поражает то обстоятельство, что они вообще больше различаются между собой, чем особи любого вида или

Причины эволюции

Причины эволюции Прежде чем перейти к интересующему нас вопросу, попытаемся уяснить, как происходят эволюционные изменения. Труды Чарлза Дарвина окончательно привели ученых к признанию теории эволюции органического мира. Дарвин не только представил множество

Причины

9.3. Биологическая продуктивность экосистем

9.3. Биологическая продуктивность экосистем 9.3.1. Первичная и вторичная продукция Скорость, с которой продуценты экосистемы фиксируют солнечную энергию в химических связях синтезируемого органического вещества, определяет продуктивность сообществ. Органическую массу,

9.4. Динамика экосистем

9.4. Динамика экосистем Любой биоценоз динамичен, в нем постоянно происходит изменение в состоянии и жизнедеятельности его членов и соотношении популяций. Все многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, можно отнести к двум основным типам: циклические и

1.1. Поведение: причины и механизма

1.1. Поведение: причины и механизма Поведение — это …внешне наблюдаемые движения человека или животных, в основе которых лежат или которыми управляют психологические факторы. Поведение включает различные виды активности: действия, реакции, процессы, операции и т. п. То

ПРИЧИНЫ БИОСФЕРНЫХ КРИЗИСОВ

ПРИЧИНЫ БИОСФЕРНЫХ КРИЗИСОВ Когда мы говорим, что динозавры, аммониты, глоботрунканиды и т. д. вымерли одновременно, на границе мезозоя и кайнозоя, то нужно помнить, что сама эта граница установлена как стратиграфический уровень, на котором произошло вымирание. Здесь

7.5. Побочные эффекты и организация экосистем

7.5. Побочные эффекты и организация экосистем Идея активного управления природой давно овладела человечеством. Она появилась раньше, чем было достигнуто понимание опасности и неоднозначности такого вмешательства. Стратегия химических воздействий человека на природу

24. Структура экосистем

24. Структура экосистем Вспомните!Какие уровни организации живой природы вам известны?Что такое экосистема?Влияние абиотических факторов на живые организмы и взаимодействия между отдельными видами лежат в основе жизни любого сообщества. Сообщество, или биоценоз, – это

Феномен смены пола у животных

Феномен смены пола у животных Некоторые виды животные могут менять пол во взрослом состоянии, причем происходит это по определенному сценарию. Для беспозвоночных более типично превращение самцов в самок, а дня позвоночных — самок в самцов. Основная причина

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.

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.

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;

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.

В живой природе не бывает застывших, статичных процессов. Естественно, что в экосистемах постоянно происходят те или иные изменения. Они снова и снова возвращают экосистему в равновесное состояние. Как мы уже говорили, главной особенностью экологического равновесия является его подвижность – динамичность. По своей сути эти изменения экосистемы можно отнести к двум основным типам: а) обратимым циклическим (периодическим) и б) необратимым поступательным.

А) Цикличные процессы связаны с периодичностью внешних условий. Суточные ритмы смены температуры, влажности, освещённости обуславливают и соответствующую смену активности различных организмов, населяющих экосистему. Сезонные изменения в экосистемах происходят в течение года от весны до весны и затрагивают уже количественные показатели, характеризующие состояние биоценоза. Особенно ярко это проявляется в климатических зонах с контрастными условиями зимы и лета. Соотношение различных видов организмов в разное время года может значительно изменяться в зависимости от циклов размножения, сезонных кочёвок и миграций. Кроме того, ряд видов может полностью выпадать из жизни сообщества, впадая в оцепенение или спячку. У растений в зависимости от сезонов года, некоторые ярусы могут полностью отсутствовать (травы однолетние зимой). Многолетняя периодическая изменчивость зависит в первую очередь от изменения по годам климатических показателей.

Б) Кроме отмеченных циклических изменений в экосистемах могут происходить направленные поступательные процессы, приводящие к невосстанавливаемым изменениям, необратимым последствиям. В результате этого может появиться биоценоз, качественно отличающийся от прежнего. Иногда в природе смена биоценозов происходит внезапно, в результате резких и даже катастрофических событий в среде (пожар, разлив большого количества нефти, вырубка леса, затопление или снижение уровня грунтовых вод, проход колёс техники в тундре). Это может происходить или под влиянием естественных сил, или в результате деятельности человека. При этом фактор, вызывающий смену, никак не связан с предшествующим ходом развития экосистемы и задаёт иное направление её развитию, что может привести к нарушению биоценотических связей, экологического равновесия и даже к гибели биоценоза. Но с прекращением действия фактора на этой территории может начаться новая линия развития живого покрова, которая со временем шаг за шагом приведёт к появлению здесь нового сообщества, возможно сходного с коренным, разрушенным. Но чаще в естественной природе смена одного биоценоза другим происходит постепенно, как бы ступенчато, последовательно, параллельно с изменениями условий среды – при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т.д.. В этом случае изменяется состав живых организмов, тип круговорота веществ и уровень продуктивности экосистемы. Постепенно роль одних видов убывает, а других – увеличивается, разные виды выпадают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Такое явление последовательной постепенной замены одного биогеоценоза другим получило название сукцессии. Такие изменения сообщества ведут, как правило, от менее устойчивого состояния у более устойчивому. Т.е. любой биогеоценоз стремится в своём естественном развитии к равновесию, о чём уже говорилось.

Для состояния равновесия характерны, прежде всего, такие признаки:

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

Читайте также: