УСЛОВИЯ СОХРАНЕНИЯУСТОЙЧИВОСТИ СМЕНА И РИТМОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

УСЛОВИЯ СОХРАНЕНИЯУСТОЙЧИВОСТИ, СМЕНА И РИТМОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ БИОГЕОЦЕНОЗОВ

СОХРАНЯЯ БИОГЕОЦЕНОЗЫ МЫ ОБЕСПЕЧИВАЕМ УСТОЙЧИВОСТЬ БИОСФЕРЫ

Определение Биогеоценоз –взаимообусловленный комплекс живых и косных компонентов, связанных между собой обменом веществ и энергии; одна из наиболее сложных природных систем.

Свойства биогеоценоза ь Естественная, исторически сложившаяся система; ь Система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на определённом постоянном уровне; ь Характерен круговорот веществ; ь Открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой – Солнце.

Центры биотической стабилизации: § В России - 65% площади не затронуты хозяйственной деятельностью (что является резервом устойчивости биосферы в целом) § В Скандинавии - 11 млн. км 2 § Североамериканский регион (Канада и Аляска) - 9 млн. км 2 § Амазония -10 млн. км 2 § Австралийский - 4 млн. км 2 § Самый мощный центр биотической стабилизации - Мировой океан

Свойства биогеоценоза, обеспечивающие его устойчивость Богатство видового состава Жизненное пространство Взаимодействие видов Устойчивость биогеоценоза Антропогенное воздействие Самоподдержание и саморегулирование Средообразующие свойства видов

Основные показатели биогеоценоза § Видовой состав – количество видов, обитающих в биогеоценозе. § Видовое разнообразие – количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объёма. § Биомасса – количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. § § § биомассу продуцентов биомассу консументов биомассу редуцентов

Механизмы устойчивости биогеоценозов Одним из свойств биогеоценозов является способность к саморегуляции, то есть к поддержанию своего состава на определённом стабильном уровне. Это достигается благодаря устойчивому круговороту веществ энергии. Устойчивость же самого круговорота обеспечивается несколькими механизмами: 1. Достаточность жизненного пространства, то есть такой объём или площадь, которые обеспечивают один организм всеми необходимыми ему ресурсами.

Механизмы устойчивости биогеоценозов 2. Богатство видового состава. Чем он богаче, тем устойчивее цепи питания и, следовательно, круговорот веществ. 3. Многообразие взаимодействия видов, которые также поддерживают прочность трофических отношений. 4. Средообразующие свойства видов, то есть участие видов в синтезе или окислении веществ. 5. Направление антропогенного воздействия.

1. Саморегуляция Для любого биогеоценоза характерна саморегуляция. Численность популяций любого вида в биогеоценозе контролируется «сверху» и «снизу» . «Снизу» ее контролируют жизненные ресурсы, «сверху» — организмы следующего трофического уровня. В результате численность популяции подвергается изменениям, но эти изменения обычно закономерны и связаны или с сезонными изменениями абиотических факторов, или вызываются биотическими факторами.

1. Саморегуляция Если численность какого-либо вида начинает возрастать – возрастает численность хищников и паразитов, питающихся за его счет, а снижение численности приведет к снижению численности популяций тех видов, для которых он является основным пищевым ресурсом.

1. Саморегуляция Таким образом, численность популяций каждого вида за счет саморегуляции поддерживается на оптимальном для данных условий уровне. Причем, чем больше видов входит в состав биогеоценоза, тем сложнее сети питания, тем он устойчивее. Выпадение одного звена в такой экосистеме обычно не приводит к её гибели.

1. Саморегуляция Исключение контроля «сверху» может привести к очень серьезным последствиям. Во-первых, хищники контролируют численность животных, которыми питаются, во-вторых, добычей хищников становятся в первую очередь больные и ослабленные животные. На Аляске, в одном из заповедников, чтобы защитить четыре тысячи оленей, был организован полный отстрел волков. В результате через 10 лет оленей стало 42 тысячи, они подорвали кормовую базу и стали вымирать.

1. Саморегуляция С другой стороны, введение в экосистему нового вида может привести к серьезным ее изменениям, особенно если у иммигранта не будет естественных врагов. Например, кролики, которые были завезены в Австралию, так размножились, что лишили корма овец и принесли фермерским хозяйствам огромные убытки.

1. Саморегуляция Справиться с ними смогли лишь с помощью вируса миксоматоза, который погубил около 98% кроликов.

1. Саморегуляция Отсутствие естественных врагов у колорадского жука, снижает урожаи картофеля в Евразии. Массовое размножение завезенной из Америки в качестве живой изгороди опунции в Австралии резко повлияло на качество пастбищ, не помогали никакие механические и химические способы борьбы. Недаром австралийцы установили памятник кактусовой огневке, завезенной в Австралию в 1928 году, с помощью гусениц которой удалось избавиться от нежелательного иммигранта.

1. Саморегуляция Англичане завезли в Австралию коров, и вроде бы все было хорошо, но коровий навоз не понравился жукам-навозникам, которые перерабатывали фекалии кенгуру. Отсутствие консументов — сапротрофов привело к уменьшению полезной площади, с проблемой справились с помощью жуканавозника, завезенного из Африки. Зверобой, завезенный из Европы, превратился в страшный бич Северной Америки — скот его не ел, зверобой начал вытеснять кормовые травы и справиться с ним смогли только с помощью завезенных из Европы насекомых— фитофагов. Амброзия в России так же не имеет контроля сверху.

Развитие биогеоценоза: 1. Формируются на основе случайного подбора видов, имеющихся в окружающей среде и способных существовать в данных условиях 2. Этот состав видов не существует бесконечно долго, а изменяется 3. Процесс изменений идет до тех пор, пока не установится сообщество, способное поддерживать сбалансированный круговорот

В результате различных процессов: ● пожара ● бурелома ● вырубки экосистема леса может быть разрушена.

2. Смена экосистем

2. Смена экосистем Несмотря на то, что биогеоценозы являются устойчивыми и саморегулирующимися системами, происходит постепенная смена менее устойчивых биогеоценозов на более устойчивые. Такую закономерную смену биогеоценозов называют сукцессией.

Виды смены биогеоценоза Скачкообразные, Постепенные внезапные, (Сукцессии) «катастрофические» § Изменение среды самими организмами. § Природные катастрофы § Антропогенный фактор. § Смена климата § В процессе эволюции

Сукцессия В природе существует механизм восстановления экосистемы - сукцессия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества, биогеоценоза и т. д. ) другим на определённом участке среды. Этот процесс представляет собой последовательную смену биоценоза, преемственно возникающих на одной и той же территории. Конечным результатом является формирование зрелой экосистемы.

Разновидности сукцессии Сукцессия первичная -саморазвитие Первичная сукцессия — сукцессия, развивающаяся на лишенных жизни территориях —скалах, обрывах, наносах рек, сыпучих песках, застывшей лаве и др. При заселении таких участков живые организмы за счет своего метаболизма изменяют условия проживания и сменяют друга. Основная роль принадлежит накоплению отмерших остатков растений и продуктов разложения.

Этапы первичной сукцессии § Выветривание горных пород § Заселение бактерий, водорослей, накипных лишайников и образование почвы § Поселение мхов, листовых лишайников § Появление травянистых растений- формирование сообщества § Поселение кустарников § Лес- устойчивая экосистема.

2. Смена экосистем Сукцессия, которая начинается на абсолютно лишенном жизни месте, называется первичной. Она идет от первичных стадий к климаксным. Количество видов постепенно увеличивается, увеличивается и биомасса сообщества.

Первичная сукцессия начинается на субстратах. Не затронутых почвообразованием (скалистые породы, водоёмы), в процессе которых формируются не только фитоценозы, но и почва.

Вторичная сукцессия- возникновение нового биогеоценоза Вторичная сукцессия - сукцессия на местах разрушенных сообществ, где почва и часть организмов сохранились.

2. Смена экосистем Если сообщество развивается на месте, где существовал хорошо развитый биоценоз, то сукцессия будет вторичной. В таких местах обычно сохраняются богатые жизненные ресурсы, поэтому вторичные сукцессии приводят к образованию климаксного сообщества значительно быстрее, чем первичные.

§ Вторичная сукцессия происходит на месте сформировавшихся биоценозов после их нарушения (в результате эрозии, вулканических извержений, засухи, пожара, вырубки леса и т. д. ) Классический пример – превращение заброшенных полей в широколиственные леса на востоке США.

2. Смена экосистем Например, после пожара или вырубки елового леса происходит его самовосстановление через ряд менее устойчивых экосистем: сначала развивается сообщество светолюбивых травянистых растений, затем подрастают светолюбивые древесные породы, под их защитой появляются всходы ели и примерно через двести лет ели вытесняют светолюбивые породы деревьев.

2. Смена экосистем В качестве главных можно назвать следующие четыре типа сукцессионных изменений. 1. Состоит в том, что виды растений и животных в процессе сукцессии непрерывно сменяются. Изменение видового состава часто определяется соперничеством разных видов за одни и те же пищевые или иные ресурсы; ведь происходящие в ходе сукцессии изменения экосистемы создают благоприятные условия для колонизации сообщества новыми видами. 2. Сукцессионные изменения всегда сопровождаются повышением видового богатства, т. е. разнообразия организмов. 3. Происходит увеличение биомассы органического вещества. Население сообщества как бы уплотняется по мере увеличения видового богатства. Вспомните, каким плотным ковром травы покрывают лесные поляны, каким густым бывает старый лес, как много там видов растений, как тесно они уживаются. 4. Происходит снижение скорости прироста биомассы сообщества (продукции сообщества) и в увеличении количества энергии, требуемой для поддержания его жизни. Это наиболее важное явление сукцессии. На ранних стадиях первичной сукцессии скорость прироста биомассы растениями высока, но на последующих стадиях она падает.

2. Смена экосистем В результате сукцессий формируются климаксные растительные сообщества, сообщества растений, наиболее приспособленных для совместного произрастания в конкретных климатических зонах. С севера на юг формируются фитоценозы тундры, затем тайги с преобладанием хвойных пород, далее — смешанные и широколиственные леса; в условиях недостатка влаги доминируют степные сообщества растений; в наиболее благоприятных климатических зонах образуются субтропические и тропические растительные сообщества.

2. Смена экосистем

2. Смена экосистем В формировании экосистем срабатывают различные стратегии растительных и животных организмов, русский ученый Л. Г. Раменский образно назвал их «львами» , «верблюдами» и «шакалами» . «Львы» — организмы, обитающие в благоприятных условиях и всегда сильные конкуренты, например, дубы в дубраве — средообразующие растения, они доминируют и рядом с ними произрастают те растения, которые могут приспособиться к жизни рядом с «львами» .

2. Смена экосистем «Шакалы» предпочитают обилие ресурсов, но имеют слабую конкурентную способность и доминируют в отсутствии «львов» . К «шакалам» , например, относятся сорные растения и культурные растения полей. «Верблюды» нетребовательны, приспособлены к жизни в экстремальных условиях, именно «верблюжья» стратегия помогает выжить в суровых условиях.

Стадии развития биогеоценоза Промежуточный биогеоценоз Климаксовый биогеоценоз Особенности Чистая продуктивность биогеоценоза высокая низкая Общее количество органического материала малое большое Пищевые цепи Линейные, в основном пастбищные Трофическая сеть, в основном детритная Видовое разнообразие небольшое Структура сообщества простая сложная Специализация по экологическим нишам широкая узкая Размеры организмов малые крупные Приспособительные стратегии видов виды, которые быстро размножаются, быстро распространяются и заселяют нарушенные местообитания виды со скоростью размножения чувствительной к плотности популяций и близкой к уровню равновесия, более конкурентоспособны

Антропогенный фактор смены биогеценоза § Пожар § Вырубка леса § Расселение и акклиматизация организмов § Вытаптывание § Выпас скота

Вековые смены экосистем охватывают длительные периоды времени. Они происходят в связи с изменениями климата на планете, рельефа и других свойств поверхности Земли. В любом биогеоценозе всегда совершаются какие-то изменения: - в состоянии жизнедеятельности членов сообществ, - в соотношении популяций видов, - в свойствах биотопа. Такие изменения осуществляются в течение суток, сезона или года. Многие из них регулярно повторяются. Такие изменения называют циклическими.

В отличие от смены биогеоценозов, циклические изменения не производят принципиальных изменений в свойствах природного сообщества, не меняют его функциональной устойчивости, а отражают лишь комплекс приспособлений экосистемы в целом к суточной, сезонной и годичной динамике (изменениям) условий существования. Суточные изменения характеризуются суточными ритмами активности процессов жизнедеятельности.

Сезонные изменения связаны с контрастными условиями периодов года (теплого-холодного, влажного-сухого). Примеры: Миграции птиц и млекопитающих; изменения у растений (листопад). Основная роль в регуляции сезонных ритмов у животных организмов принадлежит изменениям в продолжительности дня и ночи, которые тесно связаны с годовым изменением температуры. Весной вслед за удлинением дня повышается температура, а осенью с укорочением дня она снижается. Следовательно, длина дня служит сигнальным фактором, определяющим направление всех биологических процессов. Реакцию живых организмов на продолжительность светового периода суток называют фотопериодизмом.

Большое влияние на жизнедеятельность биогеоценозов оказывают годичные циклические изменения. Изучая спилы деревьев - долгожителей можно четко проследить циклические изменения климата, связанные с активностью Солнца. Суточные, сезонные и годичные изменения биогеоценоза не приводят к его смене, но доказывают тесную зависимость от условий внешней среды. А это очень важно знать человечеству в век интенсивного использования природных ресурсов. Превращение нашей биосферы в один обширный ковер пахотных земель таит в себе огромную опасность.

Человечество, с его интенсивным ростом численности, заинтересовано в высокой продуктивности сообществ. Уничтожая естественные стабильные экосистемы, мы подвергаем окружающую среду к неминуемым сукцессионным изменениям, которые при неграмотном управлении могут привести к экологической катастрофе. Остатки цивилизаций и пустыни, возникновение которых обязано деятельности человека, является прекрасным доказательством того, что человек никогда не осознавал свою тесную связь с природой, необходимость приспосабливаться к естественным процессам, а не командовать ими.

Подведем итоги: В чем проявляется саморегуляция в экосистеме? Численность популяций любого вида в биогеоценозе остается достаточно стабильной, контролируется «снизу» и «сверху» . За счет чего осуществляется контроль численности «снизу» и «сверху» ? «Снизу» ее контролируют жизненные ресурсы, «сверху» — организмы следующего трофического уровня. От чего зависит устойчивость экосистемы? Чем больше видов входит в состав биогеоценоза, тем сложнее сети питания, тем он устойчивее. Выпадение одного звена в такой экосистеме обычно не приводит к её гибели. Почему появление кроликов в Австралии привело к экологической катастрофе? Не было достаточного контроля «сверху» . К каким последствиям может привести отсутствие контроля сверху? К интенсивному размножению и росту численности, уничтожению кормовой базы, распространению инфекционных заболеваний и резкому снижению численности. Что такое сукцессия? Закономерную смену биогеоценозов называют сукцессией. Какое сообщество называют климаксным сообществом? Климаксное сообщество – сообщество живых организмов, наиболее устойчивое для данных экологических условий.

Подведем итоги: Какая сукцессия называется первичной? Сукцессия, которая начинается на абсолютно лишенном жизни месте, называется первичной. Какая сукцессия называется вторичной? Если сообщество развивается на месте, где существовал хорошо развитый биоценоз, то сукцессия будет вторичной. Как изменяется численность видов в результате сукцессии? Сукцессионные изменения всегда сопровождаются повышением видового богатства, т. е. разнообразия организмов. Что происходит с биомассой в результате сукцессии? Происходит увеличение биомассы органического вещества. Население сообщества как бы уплотняется по мере увеличения видового богатства. Как изменяется скорость прироста биомассы в результате сукцессии? Происходит снижение скорости прироста биомассы сообщества (продукции сообщества) и в увеличении количества энергии, требуемой для поддержания его жизни. Это наиболее важное явление сукцессии. На ранних стадиях первичной сукцессии скорость прироста биомассы растениями высока, но на последующих стадиях она падает.

Основные выводы и понятия 1) Смена биогеоценозов – это замена одного биогеоценоза другим, качественно отличающимся от предыдущего 2) Круговорот веществ в зрелых биогеоценозах сбалансирован 3) Экологические сукцессии являются механизмами и развития, и самоподдержания, и восстановления природных экосистем.

4) Управление сукцессиями- один из основных путей экологически грамотного сотрудничества с природой 5)Чтобы не подрывать ее стабильность и в то же время получать первичную продукцию, люди должны так организовать ландшафты, чтобы они включали и зрелые, и незрелые экосистемы

Экологические задачи: На дачном участке полностью прекратили обработку почвы. Какие изменения произойдут на участке? Человек извлекает пользу, поддерживая сообщество на ранних стадиях сукцессионных изменений. Какую пользу извлекает человек? В чем значение поздних стадий сукцессии?

Экологические задачи: На заброшенных полях первыми поселяются травянистые однолетние растения, через несколько лет их сменяют многолетние травянистые растения, затем кустарники и, наконец, деревья. Почему виды появляются в такой последовательности? Каковы могут быть в данном случае причины смены одних растений другими?

Антропогенное вмешательство в биогеоценоз Мусорные свалки Охота на животных и рыболовство Вырубка леса Добыча полезных ископаемых Влияют на видовой состав Многие виды животных реже встречаются в наших лесах Ежегодно в нашей окрестности идет вырубка около 1650 м 3 Загрязнение вод, почв нефтепродуктами

Последствия антропогенного вмешательства в биогеоценозы § Нарушается устойчивость биогеоценозов - это может привести к смене видового состава или разрушению биогеоценоза § Изменение чистоты и качественных показателей водных ресурсов (рек, подземных вод) § Изменения условий жизни человека § Изменения климата § Ухудшение здоровья человека

Один человек оставляет в лесу след, Сто человек – тропу, А тысячи - пустыню

1. Изменения в биогеоценозах, обусловленные вращением Земли по орбите вокруг Солнца. 2. Облик сообщества, изменяющийся в зависимости от массовой активности вида. 3. Регулярно повторяющиеся изменения, происходящие в биогеоценозе в течение суток, сезона или года. 4. Совокупность различных биогеоценозов в определённой ландшафтно-географической зоны. 5. Место впадения в море реки. 6. Экосистема, состоящая из водорослей и простейших, мелких взвешенных в воде организмов. 7. Экосистемы представленные озёрами, прудами и реками. 8. Животные или растения являющиеся показателями чистоты или загрязнения воды. 9. Сухопутные экосистемы.

10. Изменения в биогеоценозах, характеризующиеся суточным ритмом активности процессов жизнедеятельности видов, населяющих биогеоценоз. 11. Водные экосистемы. 12. Приливно-отливные зоны. 13. Экосистема дна. 14. Процесс преобразования водной экосистемы в результате привнесения в водоём минеральных и органических веществ с водосбора в таких количествах, которые не могут быть усвоены и переработаны биоценозом водоёма. 15. Циклические изменения связанные с циклическими многолетними изменениями климата, обусловленными активностью Солнца в виде 11 -летнего, 35 -летнего векового и ещё более длительных циклов.