Dinamica ecosistemelor
Un ecosistem experimentează aceleași procese dinamice ca și populațiile și comunitățile sale: ciclicitate, schimbarea populațiilor și a biocenozelor etc.
Ciclicitatea. Periodicitatea zilnică, sezonieră și pe termen lung a condițiilor externe și manifestarea ritmurilor interne (endogene) ale organismelor, fluctuațiile populației se reflectă destul de sincron în ciclicitatea întreaga comunitate – biocenoză.
Cicluri zilnice sunt cele mai pronunțate în climatele continentale înalte, unde există o diferență semnificativă între temperaturile de zi și de noapte. De exemplu, în deșerturile nisipoase din Asia Centrală într-o după-amiază fierbinte, multe animale se ascund în gropi sau sunt nocturne vara, iar unele devin diurne iarna (șerpi, păianjeni etc.). Cu toate acestea, ritmurile zilnice sunt observate în toate zonele geografice și chiar și în tundra într-o zi polară, plantele se închid și își deschid florile în conformitate cu aceste ritmuri.
Ciclicitate sezonieră se exprimă prin faptul că, pentru o anumită perioadă, grupuri de animale și chiar populații întregi „cad” din biocenoză, hibernând, în perioadele de diapauză sau torpor, cu dispariția ierburilor anuale, căderea frunzelor etc. Aceasta se exprimă. într-o formă slabă chiar și în condiții umede păduri tropicale.
Ciclicitate pe termen lung se manifestă din cauza fluctuaţiilor climatice. Periodicitatea pe termen lung a schimbărilor în populația biocenozei, cauzate de precipitațiile puternic inegale de-a lungul anilor, cu repetarea periodică a secetelor, este bine ilustrată de repetarea reproducerilor în masă ale animalelor, de exemplu lăcustele (raidurile lăcustelor).
Ciclicitatea pe termen lung poate fi asociată cu caracteristicile de dezvoltare ale plantelor edificatoare. De exemplu, în pădurile de fag, coroanele închise ale arborilor pereni suprimă vegetația nivelurilor inferioare, dar de îndată ce fagul cade, copacii tineri încep să crească rapid și coroana este restaurată. Așa se reînnoiește pădurea de fag, care în condiții naturale necesită un ciclu de 250 de ani.
Yu. Odum (1986) înțelege succesiunea ecologică ca întregul proces de dezvoltare a ecosistemului. O definiție mai specifică a acestui fenomen este dată de N. F. Reimers (1990): „ serie - o schimbare succesivă a biocenozelor, apărută succesiv pe același teritoriu (biotop) sub influența factorilor naturali (inclusiv contradicțiile interne ale biocenozelor în sine) sau a influenței umane.” Schimbările în comunitate ca urmare a succesiunii sunt naturale și sunt cauzate de interacțiunea organismelor între ele și cu mediul abiotic înconjurător.
Succesiunea ecologică are loc pe o anumită perioadă de timp, timp în care structura speciei a comunității și mediul abiotic al existenței acesteia se schimbă până la punctul culminant al dezvoltării sale - apariția unui sistem stabilizat. Un ecosistem atât de stabilizat numit menopauza. Sistemul se află în această stare când are biomasa maximă pe unitatea de energie și numărul maxim de relații simbiotice între organisme (Yu. Odum, 1975). Cu toate acestea, în această stare, sistemul trece printr-o serie de etape de dezvoltare, dintre care prima sunt adesea numite stadiul primilor coloniști. Prin urmare, într-un sens mai restrâns, serie este o succesiune de comunități care se înlocuiesc într-o zonă dată.
Stabilitatea unei comunități poate fi de lungă durată numai dacă modificările mediului cauzate de unele organisme sunt compensate cu acuratețe de activitățile altora cu cerințe ecologice opuse. Această condiție este încălcată atunci când circulația substanțelor este perturbată, iar apoi unele dintre populațiile care nu pot rezista concurenței sunt înlocuite cu altele pentru care aceste condiții sunt favorabile, iar homeostazia este restabilită.
Pentru ca succesiunea să aibă loc, este necesar spațiul liber. În funcție de starea inițială a substratului, se disting succesiunea primară și secundară.
Succesiunea primară - asta dacă formarea comunităților începe pe un substrat inițial liber și succesiune secundara - aceasta este înlocuirea consecventă a unei comunități care a existat pe un anumit substrat cu o alta, mai perfectă pentru anumite condiții abiotice.
Succesiunea primară vă permite să urmăriți formarea comunităților încă de la început. Poate apărea pe versant după o alunecare sau prăbușire, pe un banc de nisip format în timpul retragerii mării și o modificare a albiei râului, pe nisipurile eoliene expuse ale deșertului, fără a mai vorbi de tulburări antropice: tăieturi proaspete, fâșii aluviale de coasta mării, rezervoare artificiale.
Plantele, de regulă, încep să invadeze spațiul liber mai întâi prin spori și semințe purtate de vânt, sau prin organele vegetative ale plantelor rămase în vecinătate. Un exemplu de succesiune primară este, de obicei, supra-creșterea de noi teritorii în nordul țării cu pădure de molid.
Pădurea de molid este ultimul stadiu culminant de dezvoltare a ecosistemului în condițiile climatice din Nord, adică. biocenoza indigenă. La început, aici se dezvoltă păduri de mesteacăn, arin și aspen, sub coronamentul cărora cresc molizi. Treptat, depășesc mesteacănul și îl înlocuiesc, preluând spațiul. Semințele ambelor specii de arbori sunt ușor transportate de vânt, dar chiar dacă germinează în același timp, mesteacănul crește mult mai repede - la 6-10 ani molidul abia ajunge la 50-60 cm, iar mesteacănul - 8-10 m. Sub coroanele închise ale mesteacănilor, apare deja propriul microclimat, abundența frunzelor căzute contribuie la formarea unor soluri speciale, multe animale se stabilesc, apare o acoperire erbacee diversă și se creează consorții de mesteacăn cu mediul. Și molidul continuă să crească într-un mediu atât de favorabil și, în cele din urmă, mesteacănul nu poate concura cu el pentru spațiu și lumină și este înlocuit cu molid.
Un exemplu clasic de succesiune naturală este „îmbătrânirea” ecosistemelor lacustre - eutrofizare. Se exprimă în creșterea excesivă a lacurilor cu plante de la țărmuri spre centru. Există un număr de stadiile de supracreștere- de la initiala - cel mai îndepărtat de coastă până la realizat la maluri. În cele din urmă, lacul se transformă într-o turbără, care este un ecosistem stabil de tip climax. Dar nici el nu este etern – un ecosistem forestier poate apărea treptat în locul lui datorită unei serii de succesiune terestră în concordanță cu condițiile climatice ale zonei.
Succesiunea secundara este, de regulă, o consecință a activității umane. În special, schimbarea vegetației descrisă mai sus în timpul formării unei păduri de molid are loc cel mai adesea ca urmare a succesiunii secundare care are loc în defrișarea unei păduri existente anterior (pădure de molid). Succesiunea secundară se încheie cu o etapă comunitară stabilă după 150-250 de ani, iar succesiunea primară durează 1000 de ani.
Secundar, antropogenă Succesiunea se manifestă și prin eutrofizare. „Înflorirea” rapidă a corpurilor de apă, în special a rezervoarelor artificiale, este rezultatul îmbogățirii acestora cu substanțe nutritive cauzate de activitatea umană. „Declanșatorul” procesului este de obicei un aport abundent fosfor, mai rar - azot, Uneori carbonȘi siliciu Fosforul joacă de obicei un rol cheie.
Odată cu afluxul de nutrienți, productivitatea rezervoarelor crește brusc din cauza creșterii numărului și a biomasei algelor și, în primul rând, algelor albastre-verzi - cianura, din regnul algelor zdrobite. Mulți dintre ei pot fixa azotul molecular din atmosferă, reducând astfel efectul limitator al azotului, iar unii sunt capabili să elibereze fosfor din produsele metabolice ale diferitelor alge. Posedând aceasta și o serie de alte calități similare, ei captează rezervorul și domină biocenoza.
Biocenoza este aproape complet degenerată. Se observă ucideri masive de pești. „În cazuri deosebit de severe, apa capătă culoarea și consistența supei de mazăre și un miros putrefactiv neplăcut: viața organismelor aerobe este exclusă” (Soloviev, 1987).
Se numește o serie succesivă de comunități care se înlocuiesc treptat și firesc unele pe altele în succesiune serie de fond . Se observă în natură nu numai în păduri, mlaștini și lacuri, ci și pe trunchiurile copacilor pe moarte și în cioturi, unde are loc o schimbare naturală a saprofitelor și saprofagelor, în bălți și iazuri etc. Cu alte cuvinte, succesiunile pot să fie de diferite scări și ierarhice, la fel ca ecosistemele în sine.
Succesiunea ecologică este un proces de dezvoltare dirijată a unui ecosistem, care procedează prin înlocuirea consecventă a unei comunități simple cu una mai complexă, cu o diversitate biologică mai bogată, cu o structură spațială și trofică mai complexă, în urma căreia ecosistemul devine mai stabil.
Se disting următoarele tipuri și tipuri de succesiuni sisteme ecologice:
Succesiuni primare - începe pe substraturi lipsite de viață și lipsite de viață (rocă, produse ale unei erupții vulcanice) și în procesul de apariție a acestora se formează nu numai fitocenoze, ci și soluri (Figura 8.8).
Figura 8.8 - Succesiune primară
Succesiuni secundare - apar pe locul ecosistemelor climax perturbate sau distruse (după incendiu, defrișare, secetă etc.) (Figura 8.9). Ele apar mult mai repede decât cele primare, deoarece încep din stadii intermediare. Succesiunea secundară este posibilă numai atunci când oamenii nu au o influență puternică și permanentă asupra ecosistemului în curs de dezvoltare.
Figura 8.9-Succesiunea secundară
Caracteristică semne de succesiune:
1. Apare sub influența componentei biotice a ecosistemului, întrucât comunitatea biotică modifică mediul fizic și, datorită acestor modificări, se stabilește o anumită rată de succesiune, natura și limitele acestuia.
2. Dezvoltarea ordonată a ecosistemului asociată cu schimbări în structura speciilor a comunității.
3. Continuă până când ecosistemul se stabilizează, adică când există o biomasă maximă și un număr maxim de interacțiuni interspecifice pe unitatea de flux de energie. Această condiție se numește menopauza.
4. În timpul succesiunii, ecosistemul trece prin anumite etape intermediare de dezvoltare, fiecare dintre ele având propria sa biocenoză. Această secvență este așa-numita serie (seria) succesială.
Succesiunea heterotrofa: apare în substraturi în care nu există plante vii (producători) și la care participă doar animale (heterotrofe), precum și plante moarte. Aceste succesiuni apar doar atâta timp cât este prezent un aport de materie organică. După finalizarea ei, seria de succesiune se termină și ecosistemul se dezintegrează.
Succesiuni distructive - nu se încheie cu starea de climax finală. Impactul uman asupra unui sistem ecologic duce adesea la o simplificare a ecosistemului - adică depresie. Schimbarea comunităților ca urmare a regresiei se termină nu cu comunități climax cu o structură mai complexă, ci cu stadii de catocenoză, care se termină adesea cu prăbușirea completă a ecosistemului.
Succesiune catastrofală - cauzate de orice dezastru natural sau provocat de om.
Regularități ale procesului de succesiune:
1. În stadiile inițiale, diversitatea speciilor este nesemnificativă, productivitatea și biomasa sunt scăzute, pe măsură ce succesiunea se dezvoltă, indicatorii cresc.
2. Pe măsură ce succesiunea progresează, numărul relațiilor biotice crește, cu cea mai semnificativă creștere a numărului de relații simbiotice. Circuitele și rețelele de alimentare devin din ce în ce mai complexe.
3. Numărul de nişe ecologice libere scade. În comunitatea climax, aceștia sunt fie absenți, fie prezenți în cantități minime.
4. Se intensifică procesele de circulație a substanțelor, energiei și respirației ecosistemului.
5. Fiecare etapă ulterioară de succesiune durează mai mult decât cea anterioară, se caracterizează printr-un raport mai mare dintre biomasă și fluxul de energie, precum și speciile sale dominante.
6. Rata de succesiune depinde puternic de speranța de viață a acelor organisme care influențează funcționarea ecosistemului (autotrofe).
7. Durata ultimelor etape de succesiune este lungă, dar procesele dinamice nu se opresc, ci doar încetinesc. Majoritatea proceselor din aceste etape sunt procese dinamice, ciclice.
8. În stadiul de maturitate al comunității climax, biomasa ecosistemului atinge un maxim sau valori apropiate de maxim, dar în comunitatea climax însăși productivitatea este oarecum mai scăzută. Acest lucru se explică prin faptul că într-o comunitate culminală maximul producției primare este consumat de consumatori; că ecosistemul dezvoltă o masă verde mare, în urma căreia iluminarea scade, intensitatea fotosintezei scade și costul respirației crește.
Figura 8.10 - Sukaciov Vladimir Nikolaevici
Născut la 26 mai (7 iunie) 1880 în satul Aleksandrovka, provincia Harkov. În 1898 a absolvit Școala Reală din Harkov. În 1902 a absolvit Institutul Silvic din Sankt Petersburg. În 1919-1941 a condus Departamentul de Dendrologie și Sistematică a Plantelor a Institutului Silvic, pe care l-a creat. În 1941-1943 a condus departamentul de științe biologice la Institutul Silvic Ural din Sverdlovsk.
În 1944-1948 - profesor la Institutul de Inginerie Silvică din Moscova, în 1946-1953 - profesor la Universitatea din Moscova, șef al departamentului de geografie botanică.
În sistemul Academiei de Științe a URSS a organizat:
· Institutul Pădurilor (1944, acum Institutul Pădurilor și Lemnului din Filiala Siberiană a Academiei de Științe a URSS, Krasnoyarsk), pe care l-a condus până în 1959
· Laboratorul Silvic al Academiei de Științe a URSS (1959)
· Laboratorul de Biogeocenologie la Institutul Botanic al Academiei de Științe a URSS (1965).
În 1955-1967 - Președinte al Societății Naturiștilor din Moscova, membru fondator (1915) al Societății Botanice All-Russian și din 1946 Președinte al acesteia (din 1964 - Președinte de onoare). Membru al Academiei Poloneze de Științe (1959), membru corespondent al Academiei Agricole Cehoslovace (1927). A murit la 9 februarie 1967 la Moscova.
Introducere………………………………………………………………………………
1. Succesiunea………………………………………………………………………..
1.1 Tipuri de succesiuni……………………………………………………….
1.2 Succesiunea secundară…………………………………………………………
1.3 Tipuri de modificări succesorale………………………………………………………
1.4 Durata succesiunii……………………………………………….
1.5 Sensul succesiunii…………………………………………………………………
2. Observarea schimbărilor succesorale……….………….
3. Exemple de succesiune a ecosistemelor………………………………………..…
Concluzie…………………………………………………………….….
Bibliografie………………………………………………………..
Introducere
Succesiunea este o înlocuire consecventă, naturală, a unor comunități cu altele într-o anumită zonă a teritoriului, cauzată de factori interni ai dezvoltării ecosistemului. Fiecare comunitate anterioară predetermina condițiile de existență a următoarei și de propria ei extincție. Acest lucru se datorează faptului că în ecosistemele care sunt tranzitorii în seria succesorală are loc o acumulare de materie și energie, pe care nu le mai pot include în ciclu, transformarea biotopului, modificările microclimatului și alți factori. , și astfel se creează o bază material-energetică, precum și condițiile de mediu necesare formării comunităților ulterioare. Cu toate acestea, există un alt model care explică mecanismul succesiunii astfel: speciile fiecărei comunități anterioare sunt deplasate doar prin competiție consistentă, inhibând și „rezistând” introducerii speciilor ulterioare. Cu toate acestea, această teorie ia în considerare doar relațiile competitive dintre specii, fără a descrie întreaga imagine a ecosistemului în ansamblu. Desigur, astfel de procese au loc, dar deplasarea competitivă a speciilor anterioare este posibilă tocmai pentru că transformă biotopul. Astfel, ambele modele descriu aspecte diferite ale procesului și sunt valabile în același timp.
Pe măsură ce trecem de-a lungul seriei de succesiune, există o implicare tot mai mare a nutrienților în ciclul ecosistemelor; este posibilă o închidere relativă a fluxurilor de nutrienți precum azotul și calciul (unul dintre cei mai mobili nutrienți) în cadrul ecosistemului. Prin urmare, în stadiul terminal, când majoritatea nutrienților sunt implicați în ciclu, ecosistemele sunt mai independente de aprovizionarea externă a acestor elemente. Pentru studierea procesului de succesiune se folosesc diverse modele matematice, inclusiv cele de natură stocastică.
1. Succesiunea
1.1 Tipuri de succesiune
Succesiunea care începe într-un loc lipsit de viață (cum ar fi o dună de nisip nou formată) se numește succesiune primară. În natură, succesiunile primare sunt relativ rare și durează mult mai mult decât cele secundare - până la câteva secole. Succesiunea primară este creșterea excesivă a unui loc care nu a fost ocupat anterior de vegetație: roci goale sau lavă vulcanică înghețată. Doar câteva plante sunt capabile să trăiască pe un astfel de sol; ele sunt numite pionierii succesiunii. Pionierii tipici sunt mușchii și lichenii. Ele schimbă solul, eliberând acid care se descompune și slăbește rocile. Mușchii și lichenii muritori se descompun sub influența bacteriilor care descompun, iar rămășițele lor sunt amestecate cu un substrat stâncos liber (nisip). Acesta formează primul sol pe care pot crește alte plante. Necesitatea distrugerii rocii-mamă este motivul principal al progresului lent al succesiunilor primare; observați creșterea grosimii stratului de sol pe măsură ce succesiunea progresează. Pe solul sărac în nutrienți, ierburile se instalează, care sunt mai precis capabile să înlocuiască lichenii și mușchii. Rădăcinile ierburilor pătrund în crăpăturile stâncii, împing aceste crăpături și distrug piatra din ce în ce mai mult. Ierburile sunt înlocuite cu plante și arbuști perene, cum ar fi arinul și salcia. Pe rădăcinile de arin se află noduli - organe speciale care conțin bacterii simbiotice care fixează azotul atmosferic și contribuie la acumularea de rezerve mari în sol, datorită cărora solul devine din ce în ce mai fertil. Acum pot crește pe el copaci, cum ar fi pinul, mesteacănul și molidul. Astfel, forța motrice a succesiunii este aceea că plantele modifică solul de sub ele, afectându-i proprietățile fizice și compoziția chimică, astfel încât acesta devine potrivit pentru speciile concurente, care înlocuiesc locuitorii inițiali, provocând o modificare a comunității - succesiune, datorită plantei. concurență Ei nu trăiesc întotdeauna acolo unde condițiile sunt mai bune pentru ei.
Succesiunea primară are loc în mai multe etape. De exemplu, într-o zonă de pădure: substrat uscat fără viață - licheni - mușchi - plante anuale - cereale și ierburi perene - arbuști - arbori din prima generație - arbori din a doua generație; în zona de stepă, succesiunea se termină la stadiul de iarbă etc.
1.2 Succesiunea secundară
Termenul „succesiune secundară” se referă la comunitățile care se dezvoltă în locul unei comunități preexistente, formate anterior. În locurile în care activitatea economică umană nu interferează cu relațiile dintre organisme, se dezvoltă o comunitate de climax, care poate exista o perioadă nedeterminată de timp - până când orice influență externă (arătură, exploatare forestieră, incendiu, erupție vulcanică, inundație) îi perturbă structura naturală. Dacă o comunitate este distrusă, succesiunea începe în ea - un proces lent de restabilire a stării inițiale. Exemple de succesiuni secundare: creșterea excesivă a unui câmp abandonat, pajiște, zonă arsă sau poieniță. Succesiunea secundară durează câteva decenii. Începe cu apariția plantelor erbacee anuale în zona curățată a solului. Acestea sunt buruieni tipice: păpădie, ciulin de scroafă, coltsfoot și altele. Avantajul lor este că cresc rapid și produc semințe adaptate răspândirii pe distanțe lungi de vânt sau animale. Cu toate acestea, după doi sau trei ani, acestea sunt înlocuite de concurenți - ierburi perene, iar apoi de arbuști și copaci, în primul rând aspen. Aceste stânci umbră pământul, iar sistemele lor extinse de rădăcină preiau toată umezeala din sol, astfel încât răsadurilor speciilor care au lovit prima dată câmpul le este greu să crească. Cu toate acestea, succesiunea nu se oprește aici; în spatele aspenului apare un pin; iar ultimele sunt specii cu creștere lentă și tolerante la umbră, precum molid sau stejar. O sută de ani mai târziu, comunitatea care se afla pe locul câmpului înainte de împădurirea și arătura pământului se reface pe acest loc.
1.3 Tipuri de modificări succesorale
Deci, în timpul succesiunii, aspectul comunității este în continuă schimbare. Funcționarea ecosistemului se schimbă și ea. După cum sa menționat deja, succesiunea este un proces natural și direcționat, prin urmare schimbările generale care apar într-unul sau altul sunt caracteristice oricărei comunități și nu depind de compoziția speciei sau de localizarea geografică a acesteia. Următoarele patru tipuri de modificări succesorale pot fi denumite principale sau principale.
1 .În primul rând: speciile de plante și animale se schimbă continuu în timpul procesului de succesiune.
2 .Modificările în compoziția speciilor sunt adesea determinate de competiție; la urma urmei, modificările ecosistemului care apar în timpul succesiunii creează condiții favorabile pentru colonizarea comunității de către specii noi. Din acest motiv, schimbările succesorale sunt întotdeauna însoțite de o creștere a diversității de specii a organismelor. Aceasta este a doua schimbare succesivă importantă.
3 .Al treilea ar trebui să includă o creștere a biomasei materiei organice. Acest lucru se aplică atât mediului acvatic, cât și terestru. Materia organică în descompunere, sau humus, constând din resturi de detritus și microorganisme, se acumulează în timpul succesiunii.
4 .În sfârșit, a patra modificare este reducerea producției nete a comunității și creșterea respirației acesteia. Acesta este cel mai important fenomen al succesiunii. În primele etape ale succesiunii primare, producția primară totală este ridicată, dar în etapele ulterioare productivitatea autotrofilor scade.
Agronomii știu că productivitatea maximă a plantelor cu frunze late se observă în cazurile în care suprafața totală iluminată a frunzelor este de 4-5 ori mai mare decât suprafața solului. Orice creștere a suprafeței frunzelor dincolo de aceste limite nu implică o creștere a ratei de fotosinteză, deoarece umbrirea crescută ascunde beneficiile asociate cu creșterea zonei țesutului fotosintetic. Mai mult, respirația crescută a frunzelor suplimentare care nu primesc suficientă lumină reduce producția netă a culturii.
Pe măsură ce pădurea se dezvoltă, suprafața frunzelor depășește semnificativ limitele dincolo de care încetează creșterea producției primare nete. Într-o pădure veche, suprafața frunzelor poate fi de 10 ori sau mai mare decât suprafața solului. Acest lucru reduce productivitatea, dar crește rezistența comunității prin reglarea activă a temperaturii, în care suprafața totală a copacului joacă un rol important.
1.4 Durata succesiunii
Durata succesiunii este în mare măsură determinată de structura comunității. Studiile de succesiune primară în locuri precum dunele de nisip indică faptul că, în aceste condiții, punctul culminant are nevoie de multe sute de ani pentru a se dezvolta. Succesiunile secundare, de exemplu în poieni, au loc mult mai repede. Cu toate acestea, este nevoie de cel puțin 200 de ani pentru ca pădurea să se redreseze într-un climat moderat și umed.
Dacă clima este deosebit de aspră (ca în deșert, tundră sau stepă), durata episoadelor este mai scurtă, deoarece comunitatea nu poate schimba semnificativ mediul fizic nefavorabil. Succesiunea secundară în stepă, de exemplu, durează aproximativ 50 de ani.
Principalele etape ale succesiunii secundare în climatul temperat:
· prima etapă a vegetaţiei erbacee durează aproximativ 10 ani;
· a doua etapă a tufișurilor? de la 10 la 25 de ani;
· a treia etapă de foioase? de la 25 la 100 de ani;
· a patra etapă de conifere? mai mult de 100 de ani.
În cazurile în care este necesară o perioadă lungă de timp pentru a finaliza etapa serială, schimbările climatice periodice, furtunile, secetele, incendiile și, adesea, schimbările întâmplătoare pot avea un impact uriaș asupra cursului succesiunii. De exemplu, un incendiu nu numai că poate întrerupe succesiunea, ci și poate readuce sistemul la starea inițială.
Stadiile mature ale succesiunii sunt mai persistente decât cele timpurii. Seceta poate afecta foarte mult etapele succesive incipiente, cum ar fi culturile de secară sau grâu. Are un impact mult mai mic asupra unei păduri aflate în stare de menopauză, cu excepția cazului în care, desigur, seceta reapare an de an. Stabilitatea menopauzei nu este absolută. Prin analogie cu un organism, această perioadă de dezvoltare a comunității poate fi numită îmbătrânire. Dezastrele și bolile pot accelera îmbătrânirea unei comunități și pot duce la înlocuirea acesteia cu o comunitate mai tânără și complet diferită.
1.5 Sensul succesiunii
O comunitate matură, cu o mai mare diversitate, bogăție de organisme, structură trofică mai dezvoltată și fluxuri de energie echilibrate, este capabilă să reziste într-o măsură mult mai mare la schimbările factorilor fizici (cum ar fi temperatura, umiditatea) și chiar unele tipuri de poluare chimică. decât o comunitate tânără. Cu toate acestea, o comunitate tânără este capabilă să producă biomasă nouă în cantități mult mai mari decât cea veche. Rămășițele civilizațiilor și deserturilor, a căror apariție se datorează activității umane, sunt o dovadă excelentă că omul nu și-a dat niciodată seama de legătura sa strânsă cu natura, de nevoia de a se adapta la procesele naturale, și de a nu le comanda. Cu toate acestea, chiar și cunoștințele acumulate în prezent sunt suficiente pentru a se asigura că transformarea biosferei noastre într-un vast covor de pământ arabil este plină de pericole enorme. Pentru propria noastră protecție, anumite peisaje trebuie introduse în comunitățile naturale.
Astfel, o persoană poate culege o recoltă bogată sub formă de produse pure, menținând artificial comunitatea în stadiile incipiente ale succesiunii. Într-adevăr, într-o comunitate matură, aflată în stadiul de apogeu, producția anuală netă este cheltuită în principal pentru respirația plantelor și animalelor și poate fi chiar egală cu zero.
Pe de altă parte, din punct de vedere uman, rezistența unei comunități în stadiul de climax, capacitatea ei de a rezista la efectele factorilor fizici (și chiar de a le gestiona) este o proprietate foarte importantă și extrem de dorită. O persoană este interesată atât de productivitatea, cât și de stabilitatea comunității. Pentru a susține viața umană, este necesar un set echilibrat de stadii de succesiune timpurie și mature, care se află într-o stare de schimb de energie și materie. Excesul de hrană creat în comunitățile tinere permite menținerea stadiilor mai vechi care ajută la rezistența influențelor externe.
Terenurile arabile, de exemplu, ar trebui considerate stadii succesive tinere. Ele sunt menținute în această stare datorită muncii continue a fermierului. Pădurile, pe de altă parte, sunt comunități mai vechi, mai diverse și mai stabile, cu producție netă scăzută. Este extrem de important ca oamenii să acorde o atenție egală ambelor tipuri de ecosisteme. Dacă o pădure este distrusă în căutarea unui venit temporar din lemn, rezervele de apă vor scădea și solul va fi măturat de pe versanți. Acest lucru va reduce productivitatea zonelor. Pădurile sunt valoroase pentru oameni nu doar ca furnizori de lemn sau ca sursă de suprafețe suplimentare care pot fi ocupate de plante cultivate.
Din păcate, oamenii sunt puțin conștienți de consecințele încălcărilor de mediu care apar în urmărirea câștigului economic. Acest lucru se datorează parțial faptului că nici măcar specialiștii în mediu nu pot face încă predicții precise cu privire la consecințele la care le conduc diversele perturbări ale ecosistemelor mature. Rămășițele civilizațiilor și deserturilor, a căror apariție se datorează activității umane, sunt o dovadă excelentă că omul nu și-a dat niciodată seama de legătura sa strânsă cu natura, de nevoia de a se adapta la procesele naturale, și de a nu le comanda.
Cu toate acestea, chiar și cunoștințele acumulate în prezent sunt suficiente pentru a se asigura că transformarea biosferei noastre într-un vast covor de pământ arabil este plină de pericole enorme. Pentru propria noastră protecție, anumite peisaje trebuie să fie reprezentate de comunități naturale
2. Observarea schimbărilor succesorale
Din cauza scăderii suprafețelor cultivate, unele terenuri agricole au fost abandonate. Astfel, acolo au apărut condițiile pentru dezvoltarea succesiunii secundare. Întrucât câmpurile nu erau perfect curate, iar la marginea câmpurilor au fost observate multe buruieni, buruienile au devenit în primii ani specia dominantă în câmpurile abandonate.
În primii 1-3 ani, speciile dominante au fost ciulinul de trandafir, ciulinul de scroafă, pelinul, nalba și coada-calului în cantități mari pe soluri acide.
Treptat, în câmpul abandonat, cantitatea de ciulin și ciulin devine mai mică, iarba de grâu târâtoare începe să predomine, iar proporția de măzică de șoarece crește. Astfel, dacă câmpul nu este arat, atunci numărul de buruieni dăunătoare precum diferite tipuri de ciulin începe să scadă în timpul procesului de succesiune. Mai târziu, se instalează diferite tipuri de trifoi și alte tipuri de ierburi (iarba de timothy, bluegrass, floarea de colț). Trifoiul, pe de o parte, este o buruiană, pe de altă parte, toate tipurile de trifoi sunt plante furajere valoroase; datorită bacteriilor nodulare, trifoiul ajută la îmbunătățirea fertilității solului.
În unele zone, în principal pe versanții însoriti, începe refacerea căpșunilor sălbatici.
Pe solurile argiloase, după încetarea lucrărilor sistematice agrotehnice, salcia cu frunze înguste devine adesea prima specie dominantă.
Rata de formare a plantelor vegetale depinde de o combinație de factori: tipul de sol, complexele naturale care înconjoară câmpul abandonat, roza vânturilor și influența activității umane. Treptat, compoziția plantelor devine mai diversă.
Dacă pajiștile cu forb sunt adiacente unui câmp abandonat, formarea de arbusti în câmpul abandonat se desfășoară mai repede; dacă există zone de pădure în apropiere, atunci începe restaurarea mai rapidă a pădurii. În vecinătatea satului Aginskoye, cel mai adesea acestea sunt păduri de mesteacăn, aspen, zada și mai rar păduri de pin. Roza vânturilor și expunerea pantei influențează, de asemenea, caracteristicile succesiunii. Datorită faptului că multe buruieni și plante de plante vegetale în curs de dezvoltare (trifoi, iergă de foc, ciulin) sunt plante melifere bune, câmpurile abandonate în diferite stadii de succesiune sunt utilizate pe scară largă de către apicultori.
Multe câmpuri părăsite, începând din anul 4-5 de succesiune secundară, devin bune pășuni, fânețe și locuri de cules de căpșuni.
Dacă suprafața unui câmp abandonat este de sute de hectare fără suprafețe de pădure, atunci chiar și după 7-12 ani, nu se formează forbs pe ele și nu are loc refacerea pădurilor. Pe astfel de câmpuri, pentru o lungă perioadă de timp, speciile dominante sunt iarba de grâu târâtoare și măzicul de șoarece. Astfel de câmpuri devin fâne bune.
3. Exemple de succesiune a ecosistemelor
Un exemplu al stadiului de succesiune autotrofă - o pădure crește în locul unui teren de pârghie
Succesiunea poate fi autotrofă (de exemplu, succesiune după un incendiu de pădure) sau heterotrofă (de exemplu, o mlaștină drenată). În primele etape ale unei secvențe de succesiune autotrofă, raportul P/R este mult mai mare decât unul, deoarece comunitățile primare au de obicei o productivitate ridicată, dar structura ecosistemului nu a fost încă complet formată și nu există nicio modalitate de a utiliza această biomasă. În mod constant, odată cu complicarea comunităților, cu complicarea structurii ecosistemului, costurile de respirație (R) cresc, pe măsură ce apar tot mai mulți heterotrofe, responsabili de redistribuirea fluxurilor de materiale și energie, raportul P/R tinde spre unitate. și este de fapt același pentru comunitatea terminală (ecosistem). Succesiunea heterotrofică are caracteristici opuse: în ea raportul P/R în stadiile incipiente este mult mai mic decât unul (din moment ce există multă materie organică și nu este nevoie de sinteza acesteia, poate fi folosit imediat pentru a construi o comunitate). ) și crește treptat pe măsură ce trecem prin etapele succesorale.
Un exemplu de etapă de succesiune heterotrofă - o pajiște de zone umede
În primele etape ale succesiunii, diversitatea speciilor este scăzută, dar pe măsură ce dezvoltarea progresează, diversitatea crește, compoziția speciilor a comunității se modifică, încep să predomine speciile cu cicluri de viață complexe și lungi, apar de obicei organisme din ce în ce mai mari, cooperarea reciproc avantajoasă și simbiozele se dezvoltă, iar structura trofică a ecosistemului devine mai complexă. În general, se presupune că stadiul terminal al succesiunii are cea mai mare biodiversitate de specii. Acest lucru nu este întotdeauna adevărat, dar pentru comunitățile climax ale pădurilor tropicale această afirmație este adevărată, iar pentru comunitățile de latitudini temperate vârful diversității are loc la mijlocul seriei succesorale sau mai aproape de stadiul terminal. În stadiile incipiente, comunitățile constau din specii cu o rată relativ mare de reproducere și creștere, dar cu o capacitate scăzută de supraviețuire individuală (r-strategis). În stadiul terminal, influența selecției naturale favorizează speciile cu o rată de creștere scăzută, dar cu o capacitate mai mare de supraviețuire (k-strategis).
Concluzie
Schimbările succesive apar până când se formează un ecosistem stabil care produce biomasă maximă pe unitatea de flux de energie. Într-un ecosistem, substanțele organice sunt sintetizate de către autotrofe din substanțe anorganice. Ele sunt apoi consumate de heterotrofi. Substanțele organice eliberate în timpul vieții sau după moartea organismelor (atât autotrofe, cât și heterotrofe) suferă mineralizare, adică. transformare in substante anorganice. Aceste substanțe anorganice pot fi reutilizate de către autotrofe pentru sinteza substanțelor organice. Așa are loc ciclul biologic al substanțelor. În același timp, energia nu poate circula în ecosistem. Fluxul de energie (transfer de energie) conținut în alimente în ecosistem este unidirecțional: de la autotrofe la heterotrofe. Spre deosebire de substanțele care circulă constant prin diferite blocuri ale ecosistemului și pot reintra oricând în ciclu, energia primită poate fi folosită o singură dată. Ca fenomen natural universal, fluxul unidirecțional al energiei este determinat de legile termodinamicii. Potrivit primei dintre ele, energia se poate muta de la o formă (energie luminoasă) la alta (energie alimentară potențială), dar nu se mai creează niciodată și nu dispare fără urmă. Conform celei de-a doua legi a termodinamicii, nu poate exista un singur proces asociat cu transformarea energiei fără a pierde o parte din ea. Funcționarea tuturor ecosistemelor este determinată de un flux constant de energie, care este necesar pentru ca toate organismele să-și mențină existența și auto-reproducția.
Bibliografie
1. Akimova T.V. Ecologie. Om-Economie-Biota-Mediul: Manual pentru studenți / T.A.Akimova, V.V.Haskin; Ed. a II-a, revizuită. şi suplimentare - M.: UNITATEA, 2006. - 556 p.
2. Akimova T.V. Ecologie. Nature-Man-Technology: Manual pentru studenți tehnici. direcţie si specialist universități / T.A.Akimova, A.P.Kuzmin, V.V.Khaskin - M.: UNITY-DANA, 2006. - 343 p.
3. Brodsky A.K. Ecologie generală: Manual pentru studenți. M.: Editura. Centrul „Academia”, 2006. - 256 p.
4. Voronkov N.A. Ecologie: generală, socială, aplicată. Manual pentru studenți. M.: Agar, 2006. – 424 p.
5. Korobkin V.I. Ecologie: Manual pentru studenți / V.I. Korobkin, L.V. Peredelsky. -ed. a VI-a, add. Și revizuit - Roston n/d: Phoenix, 2007. - 575 p.
6. Nikolaikin N.I., Nikolaikina N.E., Melekhova O.P. Ecologie. Ed. a II-a. Manual pentru universităţi. M.: Butarda, 2007. – 624 p.
7. Stadnitsky G.V., Rodionov A.I. Ecologie: Studiu. indemnizație pentru studenți chimic-tehnologie. și tehnologie. sp. universități/ Ed. V.A. Solovyova, Yu.A. Krotova.- ed. a IV-a, revizuită. – Sankt Petersburg: Chimie, 2006. -238 p.
8. Odum Yu. Ecologie. - M.: Nauka, 2006.
9. Chernova N.M. Ecologie generală: Manual pentru studenții universităților pedagogice / N.M.Chernova, A.M. Bylova. - M.: Butarda, 2008.-416 p.
10. Ecologie: Manual pentru studenții superioare. si miercuri manual instituții, educaționale în tehnică specialist. și direcții/L.I. Tsvetkova, M.I. Alekseev, F.V. Karamzinov și alții; sub general ed. L.I. Tsvetkova. M.: ASBV; Sankt Petersburg: Khimizdat, 2007. - 550 p.
11. Ecologie. Ed. prof. V.V. Denisova. Rostov-n/D.: ICC „MarT”, 2006. – 768 p.
Succesiunea ecologică este o schimbare a biocenozelor. Dacă o biocenoză este stabilă, atunci există la infinit. Dar adesea trebuie să observăm cum o biocenoză (ecosistem) se transformă în alta: un lac devine o mlaștină, iar o pajiște devine o pădure.
Tipuri de succesiuni
Există două tipuri de succesiune: primară și secundară.
În timpul succesiunii primare, se formează o nouă biocenoză într-un biotop inițial lipsit de viață. În acest caz are loc colonizarea suprafețelor stâncoase sau nisipoase.
Substraturile de pornire pot fi:
- lavă vulcanică;
- nisipuri;
- roci;
- râpe;
- sedimentele fluviale etc.
De o importanță deosebită în colonizarea unor astfel de substraturi este acumularea de substanțe disponibile plantelor pentru hrănirea rădăcinilor.
Orez. 1. Succesiunea primară.
Primele plante și bacterii care au colonizat suprafețele fără viață își schimbă compoziția chimică datorită metabolismului lor, precum și atunci când mor.
Orice succesiune este de lungă durată. Deși în fiecare an în timpul succesiunii primare se observă o îmbogățire a compoziției speciilor, aceasta va atinge o stare de stabilitate după zeci de ani.
Succesiunea secundară este înlocuirea unei biocenoze cu alta.
Cele mai frecvente cauze ale sale:
- modificări ale condițiilor climatice;
- stabilirea unor relații mai stabile între specii;
- impactul uman;
- modificarea condițiilor geologice.
Fiecare plantă are factori de mediu limitanți. Când se schimbă regimul hidrologic, pedologic sau meteorologic, unele plante pot părăsi ecosistemul, altele se pot popula, schimbându-i aspectul.
TOP 1 articolcare citesc împreună cu asta
Orez. 2. Succesiunea secundară.
Activitatea umană contribuie la schimbarea biocenozelor. De exemplu, în Africa și Asia, din cauza degradării solului din cauza pășunatului animalelor, ecosistemul deșertic înlocuiește savana.
Stepele moderne diferă semnificativ în compoziția speciilor de plante față de stepele curate. Prin urmare, zonele stepelor de referință supraviețuitoare sunt recunoscute ca arii protejate și sunt protejate prin lege.
Caracteristicile succesiunii
Să luăm în considerare care este principala trăsătură a succesiunii ecologice: doar astfel de relații dintre organisme și organismele în sine se păstrează în timp care nu pot fi înlocuite de altele în condiții date.
Rolul principal în schimbarea biocenozelor revine plantelor.
Succesiunea are loc prin schimbarea etapelor.
Etapele succesiunii
Succesiunea ecologică corect compusă are forma înlocuirii succesive între etape.
Succesiunea este o schimbare ireversibilă într-o biocenoză, apariția alteia. Poate fi cauzată de orice fenomen natural sau poate apărea sub influența umană. Succesiunea ecologică a fost studiată inițial de reprezentanții unei științe precum geobotanica. Ulterior, acest fenomen a devenit subiect de interes pentru alți ecologisti. Pionierii care au dezvăluit importanța succesiunii au fost F. Clements, V. N. Sukachev, S. M. Razumovsky. În continuare, vom analiza conceptul mai detaliat și vom oferi o clasificare. În plus, articolul va descrie procesul folosind exemple.
Terminologie
Cine a introdus definiția? Însuși conceptul de „succesiune” a fost propus de F. Clements pentru a defini comunități biologice speciale care se succed în timp. Ele se caracterizează prin formarea unei serii sau a unei serii în așa fel încât cea anterioară să creeze condițiile dezvoltării celei următoare. În cazul în care nu apar factori care să poată provoca o altă succesiune, seria se încheie cu o comunitate relativ stabilă, care se caracterizează printr-un schimb constant. Formația descrisă mai sus a fost definită de Clements folosind termenul specific „menopauză”. Potrivit omului de știință, aceasta este o comunitate stabilă, în cadrul căreia nu există factori care să contribuie la vreo schimbare în dezvoltarea acesteia. În acest caz, durata menopauzei nu este importantă.
Clasificare
Succesiunile pot fi ordonate după diferite principii. Folosind clasificarea în funcție de diferite caracteristici, se pot distinge diferite tipuri de succesiuni. Printre astfel de caracteristici: rata de formare/decădere, durata existenței, reversibilitatea, constanța, originea, tendința de dezvoltare (progres sau degradare), modificarea numărului și diversității speciilor.
Succesiunea poate fi clasificată pe mai multe motive. Procesul de grupare depinde în primul rând de scopul pe care și-l stabilește omul de știință. În același timp, există tipuri de succesiuni, grupate în funcție de natura proceselor care au loc într-o anumită comunitate stabilă. Pe această bază, oamenii de știință disting două categorii principale: endogene și exogene. Care este diferența? Succesiunea endogenă este o schimbare datorată activităților comunităților înseși. Cauza principală a procesului este de obicei un dezechilibru în schimb. Cu alte cuvinte, schimbarea se realizează datorită activității factorilor interni. Succesiunea exogenă este o schimbare cauzată de
Microbiologie
În podeaua pădurii, de exemplu, succesiunea poate fi studiată în mai multe etape simultan. Această posibilitate se datorează schimbării direcției de sus în jos la deplasare. În plus, fenomenul poate provoca modificări ale umidității, conținutului oricăror compuși sau gaze speciali, temperatură etc. Procesul de formare a solului este însoțit de o schimbare pe termen destul de lung atât în comunitățile vegetale, cât și în cele microbiene.
Succesiunea primară și secundară
Ce înseamnă aceste concepte? Să privim mai departe. Succesiunea primară se caracterizează prin faptul că are loc într-o zonă lipsită de viață. Aceasta ar putea fi stâncă goală fără vegetație, zone nisipoase, lavă solidificată și altele asemenea. Când organismele încep să locuiască în astfel de zone, metabolismul lor afectează și schimbă mediul. Apoi începe o dezvoltare mai complexă. Și apoi speciile încep să se înlocuiască. Un exemplu de succesiune este formarea învelișului inițial de sol, colonizarea unei zone nisipoase inițial lipsite de viață, în primul rând de către microorganisme, plante, iar apoi ciuperci și animale. Un rol deosebit îl au aici resturile vegetale și substanțele rezultate din descompunerea materiei organice. Astfel, solul începe să se formeze și să se schimbe, iar microclimatul se modifică sub influența microorganismelor, plantelor și ciupercilor. Ca urmare, comunitatea de organisme se extinde. Această succesiune este o schimbare ecogenică. Se numește așa pentru că schimbă chiar teritoriul pe care există. Iar aspectul inițial al solului într-o zonă lipsită de viață se numește schimbare singenetică.
Umiditatea substratului
Acest indicator influențează tipul de succesiune. Astfel, se disting următoarele grupuri:
- Xerarhal, pe un substrat anhidru.
- Psammoxeroseria, pe nisipuri.
- Litoxeroseria, pe teren stâncos.
- Geoxeroseria, pe argilă uscată sau argilă.
- Mezarhic dacă substratul are umiditate destul de semnificativă.
- Hidrarhic dacă substratul este extrem de umed.
Succesiunea primară are loc în mai multe etape. Pot fi date exemple interesante de succesiune. De exemplu, într-o zonă de pădure, un substrat fără viață și uscat este înlocuit mai întâi cu licheni, apoi cu mușchi, apoi cu ierburi (plante anuale), după care arbuștii, copacii și ierburile perene încep să dezvolte teritoriul. Există și alte exemple de succesiune. Astfel, este adesea menționată așezarea teritoriului de lavă solidificată după erupții sau o pantă după o avalanșă.
Fluxul procesului
Dezvoltarea succesiunii primare are loc concomitent cu formarea solului. Procesul este influențat de pătrunderea semințelor din exterior, moartea răsadurilor care nu sunt rezistente la condiții extreme, iar (de la un anumit timp) una sau alta comunitate se dezvoltă sau este înlocuită în principal din cauza diferenței de conținut de azot din sol. și gradul de distrugere a părții sale minerale. În sol și în alte comunități microbiene naturale, succesiunea este un fenomen cauzat de obicei de furnizarea unei anumite porțiuni dintr-un compus organic într-o formă sau alta. Deoarece microorganismele se adaptează fie la distrugerea diferiților polimeri complecși, fie la absorbția oricăror monomeri în concentrații mari, fie la existența în condiții severe de foame, se observă modificări structurale în comunitate în timpul distrugerii și în timpul utilizării materiei organice.
Succesiuni secundare
Aceste procese duc la colonizarea teritoriului pe specii după unele pagube. De exemplu, o pădure parțial distrusă de incendiu. Teritoriul pe care a fost amplasat anterior a păstrat solul și semințele. O comunitate de iarbă se va forma literalmente anul viitor. Și apoi apar.Sub acoperirea unei păduri de aspen sau mesteacăn, molizi încep să crească, înlocuind ulterior copacii de foioase. Restaurarea coniferelor întunecate are loc în aproximativ 100 de ani. Dar pădurea din unele zone este din nou tăiată. Din acest motiv, recuperarea nu are loc în astfel de zone.
Continuumism și structuralism în studiul comunităților biologice
Deși definițiile pe care le-a postulat Clements sunt utilizate pe scară largă în știință, există două paradigme care diferă semnificativ una de cealaltă. Să le privim mai detaliat. În cadrul fiecăreia dintre aceste paradigme, sensul definițiilor lui Clements este diferit. Cum diferă aceste abordări? Adepții paradigmei structuraliste susțin cu tărie concluziile lui Clements și continuă să-și dezvolte teoria. Continualiștii, dimpotrivă, nu sunt de acord cu existența reală a unor fenomene precum comunitățile biologice, succesiunea, punctul culminant, post-climax și continuu-ul climax. În această din urmă paradigmă, procesele ecosistemice sunt reduse la interacțiunea diferitelor categorii între ele. Aceste specii, conform continuumismului, încep la întâmplare să interacționeze între ele și cu natura neînsuflețită. Cum a apărut continuismul? Cert este că nu există un singur autor al acestei teorii: această paradigmă s-a născut aproape simultan în două țări, în două comunități științifice independente: cu L. G. Ramensky în URSS și G. Gleason în SUA.
Rolul succesiunilor în formarea și schimbarea biosferei
Datorită succesiunilor, al căror studiu continuă în geobotanica până în zilele noastre, se formează acoperirea solului, compoziția acestuia se modifică și odată ce zonele lipsite de viață sunt populate, mai întâi de microorganisme, apoi de plante, ciuperci și animale. Studiul tiparelor și mecanismelor prin care apar atât schimbările primare, cât și cele secundare în comunități arată în mod clar că este imposibil să se prezică în avans fără ambiguitate care specii se vor înlocui reciproc în lanț. Cu toate acestea, înlocuirea comunităților biologice are loc mai des în moduri care cresc în zona de studiu.