В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон icon

В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон




Скачати 214.82 Kb.
НазваВ. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон
В.О. Мартиненко ЛЕКЦІЯ 2. ЕКОСИСТЕМИ, ЇХНІ ВЛАСТИВОСТІ І ЗАКОН
Дата15.07.2012
Розмір214.82 Kb.
ТипЛекція

Тексти лекцій з дисципліни «Екологія» розроблені
к. держ. упр., доц. В.О. Мартиненко



ЛЕКЦІЯ 2. ЕКОСИСТЕМИ, ЇХНІ ВЛАСТИВОСТІ І ЗАКОНИ ФУНКЦІОНУВАННЯ


План:

  1. Концепція екосистеми. Критерії виділення екосистем

  2. Класифікація екосистем

  3. Компоненти екосистеми, закони формування її структури

  4. Екологічні фактори

  5. Лімітуючи екологічні фактори, принцип Лібіха

  6. Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в екосистемах

  7. Концентрація речовини у трофічних ланцюгах

  8. Розвиток та еволюція екосистем

  9. Стійкість і саморегуляція екосистем



1. Концепція екосистеми. Критерії виділення екосистем


Екосистеми є основними структурними одиницями які складають біосферу. Тому поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу усього різноманіття екологічних явищ.

^ Під системою, взагалі, розуміють упорядковано взаємодіючі і взаємозалежні компоненти що утворюють єдине ціле.

Екологія - наука, у якій особлива увага приділяється характеру зв'язків між живими організмами і навколишнім середовищем. Основні рівні організації, що створюють своєрідний “біологічний спектр” можна уявити так: співтовариство, популяція, організм, клітина, ген. На кожному рівні, у результаті взаємодії з навколишнім фізичним середовищем (обмін речовиною й енергією ) виникають характерні функціональні системи. Екологія вивчає, головним чином, системи вище рівня організму.

Популяція - біологічна одиниця, у формі якої існують види рослин, тварин і мікроорганізмів.

Співтовариство, в екологічному змісті, включає всі популяції, що займають дану ділянку біологічного спектра.

^ Співтовариство живих організмів і неживе середовище, що функціонують спільно й утворюють екологічну систему або екосистему.

Найбільш важливою ознакою екосистем є їхнє формування з живих організмів із різними типами живлення. У природі до екосистем обов'язково входять: продуценти, що забезпечують акумулювання сонячної енергії та створення органічної речовини; консументи, що здійснюють її переробку; редуценти, що утилізують відходи життєдіяльності продуцентів і консументів.

Існує декілька визначень що таке екосистема.

I. Екосистема - єдиний природний організм, створений за тривалий період живими організмами і середовищем їхнього існування і де всі компоненти тісно пов'язані шляхом обміну речовиною та енергією.

II. Екосистема - сукупність організмів, що спільно живуть, і умов їхнього існування, що знаходяться в закономірному взаємозв'язку один з одним і утворюють систему взаємообумовлених біотичних і абіотичних явищ і процесів.

III. Екосистеми - термодинамічно відкриті, функціонально цілісні системи, що існують за рахунок надходження з навколишнього середовища енергії і частково речовини і які саморозвиваються і саморегулюються.

Для виділення екосистеми її розмір не визначений, він може бути як великим так і маленьким.

Розмір екосистеми визначається тим простором, при наявності якого можливе здійснення процесів саморегуляції і самовідновлення сукупності складових компонентів і елементів екосистеми, що створюють середовище.


^ 2. Класифікація екосистем


Існують різноманітні підходи до класифікації екосистем.

  1. По розміру: мікроекосистеми, мезоекосистеми, макроекосистеми, континентальні екосистеми, глобальна екосистема - біосфера.

II. По ландшафту: північні хвойні ліси, тундра, листяні ліси, тропічні ліси вологі, тропічні ліси сухі, прерії, савани, пустині, вічнозелені чагарники, гірські ліси (указані тільки континентальні екосистеми, водяні не указані).

III. По енергії:

  1. Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, несубсидовані іншими видами енергії;

  2. Природні екосистеми, рухомі енергією Сонця, субсидовані іншими джерелами природної енергії (вітер, дощ, та ін.);

  3. Екосистеми рухомі енергією Сонця і субсидовані додатковою енергією людиною (це агроекосистеми);

  4. Індустріально-міські екосистеми, рухомі енергією палива (копальневим, ядерним ...).



^ 3. Компоненти екосистеми, закони формування її структури


З біологічної точки зору в складі екосистем виділяють такі компоненти:

1. Неорганічні речовини (кисень, азот, вуглекислий газ, вода, фосфор, вуглець і ін.), що вступають у кругообіги;

2. Органічні сполуки (вивірки, вуглеводи, липіди та ін.);

3.Повітряне, водяне і субстрактне середовище, яке включає кліматичний режим і інші фізичні чинники;

4. Продуценти - автотрофні(тобто ті, що харчуються самостійно) живі організми, в основному зелені рослини, що можуть створювати біомасу з простих хімічних елементів шляхом фотосинтезу ;

5.Макроконсументи - гетеротрофні (ті, що харчуються не самостійно) організми, в основному, це тварини (фаготрофи);

6. Мікроконсументи або редуценти - гетеротрофні організми (бактерії, грибки ...), що одержують енергію або при розкладанні мертвих тканин продуцентів або макроконсументів, або шляхом поглинання розчиненої органічної речовини (ці організми ще називаються сапротрофами).

У функціональному плані виділяють такі компоненти:

1. Потоки енергії;

2. Кругообіги речовини;

3. Живі організми;

4. Керуючі ланцюги зворотних зв'язків;

5. Інформаційні потоки.

Компоненти екосистеми знаходяться у визначених взаємозв'язках і взаємодії, що і являє собою структуру екосистеми. Структура зв'язує компоненти системи, надаючи їм спільність і цілісність.

Стійкість взаємозв'язків і взаємодії компонентів, тобто структура, перешкоджає постійній зміні компонентів, утримуючи ці зміни у визначених межах, і зберігаючи екосистему від розпаду.

Кількість можливих зв'язків між членами екосистеми визначається за формулою:

, (2.1)

де: А - число зв'язків,

N - число видів у екосистемі.

У структурному плані екосистеми можуть ділитися на підсистеми і блоки, що грають роль “цеглинок”. У число структурних елементів входять популяції, консорції (сукупність різнорідних організмів, тісно пов'язаних між собою і залежних від центрального члена співтовариства, екологічно і просторово відособлена частина фітоценозу, що складається з рослин однієї або декількох близьких життєвих форм ), яруси рослинності.

Бувають екосистеми:

монодомінантні - екосистеми з одним основним видом продуцента (монокультура);

олігодомінантні - екосистеми з декількома основними видами продуцентів і консументів (у поняття варто було б включити і редуцентів );

полідомінантні - екосистеми у котрих немає чіткої переваги невеличкого числа видів над іншими. Ці екосистеми багаті розмаїтістю живих організмів, вони ще називаються бездомінантними.

Чим же визначаються межі різноманіття екосистем? Чому в різних регіонах вони так сильно відрізняються по складу і багатству видів? У результаті чого видове багатство вищих рослин, наприклад, на арктичних островах не перевищує 50 - 100 видів на 100 кв. км, а в тропіках на такій же площі можна виявити більше 1000 видів?

Це пов'язано, по-перше, з дією лімітуючих чинників , насамперед кліматичних, вони визначають, які саме види найкраще пристосовані до існування в тих або інших умовах, а по-друге, із дією принципу еколого-географічного максимуму видів. Відповідно до цього принципу - для нормального функціонування будь-якої екосистеми в ній повинно існувати стільки і таких видів, скільки і яких необхідно для максимального використання енергії яка надходить і забезпечення кругообігу речовини.

^ 4. Екологічні фактори

Екологічні фактори - усі складові середовища існування, що впливають на життя і розвиток організмів і на які вони реагують реакціями пристосування.

Розрізняють такі види екологічних факторів:

1. Абіотичні екологічні фактори - фактори неживої природи. Вони поділяються на: хімічні - хімічний склад повітря, води, грунтів і фізичні - температура, освітленість, вологість, тиск, рівень радіації і інш..

2. Біотичні екологічні фактори - фактори живої природи, пов'язані з діяльністю тварин, рослин, мікроорганізмів.

3. Антропогенні екологічні фактори - фактори прямо або побічно зобов'язані своїм походженням з діяльністю людини.

Стосовно екосистеми розрізняють зовнішні і внутрішні екологічні фактори

Зовнішні (екзогенні ) екологічні фактори - фактори, що діють на екосистему через зовнішнє середовище, але самі практично не відчувають зворотної дії (потоки Сонячної енергії, швидкість вітру, розмір атмосферних осадків і інш.).

Внутрішні екологічні фактори - фактори якості екосистеми. До них відносять:

а) мікрометеорологічні - освітленість, температура, вологість приземного прошарку повітря, утримання в ньому кисню, вуглекислого газу тощо;

б) грунтові - температура, вологість і склад грунтів, утримання гумусу, доступність мінерального харчування, окисновідновний потенціал;

в) біотичні - щільність популяції різноманітних видів, їх віковий склад, морфологічні, фізіологічні і поведінкові характеристики тощо.


^ 5. Лімітуючи екологічні фактори, принцип Лібіха.

Межа толерантності екосистеми. Принцип емерджентності


Живі організми, а значить і екосистеми, реагують на силу впливу того або іншого екологічного фактора. Негативний вплив екологічного фактора може виникати як у випадку надлишку, так і нестачі його дози. Тому є поняття сприятлива доза, або зона оптимуму екологічного

ф
актора й зона песімуму (доза фактора за якої організми почуваються пригнічено). Залежність ступеня впливу екологічного фактора від його дози показана на рис. 2.1.

Максимальні і мінімальні стерплі значення дози екологічного

фактора звуться критичними значеннями (критичними точками).

Для нормальної життєдіяльності екосистеми будь-який екологічний фактор повинен приймати оптимальні значення (див. рис.2.1) або хоча б не виходити за межі критичних точок - закон оптимуму.

Слід наголосити, що в природі екологічні фактори діють комплексно. Особливо важливо пам'ятати це, оцінюючи вплив хімічних забруднювачів, коли на негативну дію однієї речовини накладається негативна дія інших, а до цього додається вплив стресової ситуації, шумів, різних фізичних полів - радіаційного, теплового, гравітаційного чи електромагнітного. Сумарний вплив дуже змінює умовні значення гранично допустимих концентрацій (ГДК), які наведені в довідниках.

^ Зона між критичними значеннями екологічного фактора зветься зоною толерантності (зоною виживання ) екосистеми стосовно даного екологічного фактора.

Найбільше поширені організми з широким діапазоном толерантності щодо всіх екологічних факторів. Найвища толерантність характерна для бактерій і синьо-зелених водоростей, які виживають у широкому діапазоні температур, радіації, солоності, рН.

^ Відповідно з законом толерантності надлишок будь якої речовини може бути так само шкідливим, як і його недолік.

Важливим є також поняття лімітуючі фактори.

^ Лімітуючи екологічні фактори - це ті екологічні фактори доза яких наближається до критичних значень, тобто значення яких вище або нижче оптимального значення.

Це поняття започатковане законом Лібіха.

^ Принцип Лібіха - стійкість екосистеми визначається найслабшою ланкою в ланцюзі її екологічних потреб (тобто стійкість визначається тим компонентом, що у мінімумі).

Якщо кількість і якість екологічних факторів близька до необхідного організму мінімуму він виживає, якщо менше - організм гине, екосистема руйнується. Таким чином лімітуючи фактори здержують розвиток організмів за рахунок недоліку або надлишку цього фактору порівняно з потребою.
^

Принцип емерджентності


Компоненти екосистеми мають визначені властивості.

По мірі об'єднання компонентів або підмножин у більш значні функціональні одиниці, у цих нових одиниць виникають нові властивості, які були відсутні на попередньому рівні. Ці нові властивості звуться емерджентними.

^ Принцип емерджентності можна сформулювати так: властивості цілого неможливо зводити до суми властивостей його частин.

Емерджентні властивості виникають як результат взаємодії компонентів, а не в наслідок зміни природи цих компонентів.

Емерджентні властивості виникають при функціонуванні екосистеми як цілого і зникають при руйнації екосистеми.

Вся сукупність умов необхідних для існування того або іншого виду живих організмів, а також його роль у біологічному співтоваристві становлять екологічну нішу. Кожний вид займає свою нішу у співтоваристві.

У випадку зникнення виду, його екологічну нішу рано чи пізно займе інший вид, здатний виконувати ті ж функції у співтоваристві, що і зниклий, відбувається екологічне дублювання.


^ 6. Функціонування екосистем. Потоки енергії та речовини в екосистемах


Функціонування екосистеми будь-якого рівня здійснюється лише за рахунок використання матеріально-енергетичних і інформаційних можливостей навколишнього середовища.

Як уже визначалося раніше, визначальною характеристикою життя як особливої форми існування матерії є обмін речовин.

Обмін речовин окремих організмів із навколишнім середовищем у процесі подиху, харчування, різноманітних виділень, або в більш загальному виді - кругообіг речовини в екосистемах можливий лише в процесі використання і передачі енергії.

Кожній екосистемі і всім організмам в ній потрібний постійний і достатній приплив енергії для підтримки достатньо складних внутрішніх зв'язків, без чого не можливо протистояти ентропії, тобто прагненню енергії перейти не в корисну для організму роботу по обміну речовини (або кругообігу речовини у екосистемі ), а в тепло і розсіятися в навколишньому просторі. В екосистемі, як і у біосфері в цілому, основними потоками енергії є потоки концентрованої (в основному Сонячної ) і розсіяної енергії (теплової ). Живі організми, у деякому змісті, можна порівнювати зі своєрідними машинами, що виробляють біомасу. Розрахунки показали, що КПД рослинної машини не більше 1%, тобто тільки 1% сонячної енергії, запасено в рослинній продукції. Куди ж витрачаються інші 99% ?

Достатньо велика кількість (30-40%) променистої енергії не проникає

в листя і відбивається від їхньої поверхні. Велика частина (60-70%) витрачається на подих, випар, екскрецію, перетворюючись у тепло. Розподіл енергії на рівні продуцентів і первинних консументів подано на схемі рис.2.2





Потік сонячної енергії перетвориться рослинами в процесі фотосинтезу в енергію хімічних зв'язків, яка послідовно переходить із їжею від рослин до тварин - консументів першого порядку, від них – до консументів другого і більш високих порядків, а по мірі загибелі організмів або виділення ними покидьків - до редуцентів.

Особливістю перетворення енергії в екосистемах є її одностороння спрямованість - промениста енергія, пройшовши ряд перетворень, у значній мірі розсіюється у вигляді тепла. Таким чином, для нормального функціонування екосистеми необхідна постійна і достатня притока концентрованої енергії, спроможної перетворюватися в роботу, при цьому ентропія навколишнього середовища збільшується, тому обов'язково необхідний стік теплової енергії з е
косистем. Схема потоків енергії і речовини в екосистемах показана на рис.2.3.


Рис. 2.3.- Потоки енергії і речовини в екосистемах:

1 - сонячне світло 2 – потік речовин, 3 – теплова енергія

З.Е. - запасена енергія, З.Р. - запас речовини, П - продуценти,

К - консументи, Р - редуценти.


Ряд організмів в якому кожна попередня ланка використовується як харч для подальших має назву трофічного ( харчового ) ланцюга.

Один із варіантів трофічного ланцюга показаний на рис. 2.4.

Довжина трофічного ланцюга, не може бути занадто великою. Вона, як правило, не перевищує п'яти - семи рівнів. Це обумовлено тим, що до кожного наступного організму трофічного ланцюга переходить тільки мала доза енергії споживаної на попередньому рівні, інша йде на підтримку життєвих процесів і значна частина розсіюється у виді тепла. При переході від однієї ланки трофічного ланцюга до іншої передається тільки 10-20% зв'язаної енергії, а 80-90% її розсіюється у виді тепла. Тому, загальна маса живої речовини, наступної харчової ланки, різко зменшується..







В екології співвідношення чисельності організмів, їх біомас або зв'язаної в біомасі енергії звичайно зображують у формі екологічних пірамід (рис. 2.5.)

Розрізняють екологічні піраміди чисельності (А), біомаси (Б) та енергії (В). В основі екологічної піраміди розміщаються організми першого трофічного рівня. З точки зору оцінки загальної ефективності екосистем найбільшу інформацію дають екологічні піраміди енергії. Вони відображають швидкість утворення біомаси та показують скільки енергії утримується на кожному з трофічних рівнів за певний період часу (звичайно за рік ).Живі організми екосистем взаємозалежні з навколишнім середовищем таким чином, що потік енергії створює чітко визначені біологічні структури і кругообіги речовини між живою і неживою частинами екосистеми.

Під біологічним кругообігом розуміється надходження хімічних елементів із грунту, атмосфери, гідросфери в живі організми, перетворення їх у процесі життєдіяльності в складні органічні сполуки і повернення їх потім у грунт, атмосферу, гідросферу в процесі життєдіяльності з щорічним опадом частини органічної речовини і переробки її редуцентами - розкладання на прості хімічні елементи.





А- чисельність організмів, Б-кількість біомаси організмів, В- кількість зв'язаної енергії.

Біогеохімічні кругообіги речовини - частина біологічного кругообігу, складена обмінними циклами хімічних речовин, тісно пов'язаних із життям (головним чином вуглецю, води, азоту, фосфору, сірки і біогенних катіонів ).

Екосистеми будуть нормально функціонувати, якщо немає порушень при проходженні енергії через трофічні ланцюги і нормально функціонують біогеохімічні кругообіги речовини.

Збільшення забруднення атмосфери промисловими викидами ускладнює засвоєння сонячної енергії рослинами, тому що пилюкою “забиваються” їхні устячка, через які відбувається живлення і газообмін. В результаті, зменшується кількість їжі, а отже, і енергії, що надходить всім іншим живим організмом, усе більша їхня кількість не зможе протистояти збільшенню ентропії і загине. При визначених розмірах цього процесу вся система може загинути.

Це тільки один приклад негативного антропогенного впливу на Природу.

^ 7. Концентрація речовини у трофічних ланцюгах

У трофічних ланцюгах всі види речовин послідовно переходять від одного організму до іншого. Органічні речовини в цьому процесі перетворюються в специфічну для кожного виду рослин та тварин форму. Так, білки рослин в процесі живлення фітофагів, які їх споживають, розщеплюються до амінокислот, і вже з них в організмі тварини синтезують свої специфічні білки.

Інша доля притаманна окремим хімічним речовинам, зокрема так званим ксенобіотикам - речовинам, що в природі спочатку були відсутні, а потім синтезовані людиною. Такі речовини проходять через трофічні ланцюги незмінними. У силу того, що розмір біомаси в екологічних пірамідах закономірно знижується при переході на кожний новий трофічний рівень, концентрація ксенобіотиків у розрахунку на одиницю біомаси стає більшою. Цей ефект називається законом концентрування речовин у трофічних ланцюгах.

Концентрування речовин у трофічних ланцюгах має важливі наслідки для всієї практики господарювання людини в природних екосистемах. Забруднення, яке вважається незначним при оцінці кількості забруднювача в навколишньому середовищі стає катастрофічно небезпечним при дії закону концентрування та небезпечним перш за все для самої людини, яка знаходиться на вершині усіх трофічних ланцюгів пасовищного типу.

Трофічні ланцюги виконують ще й бар'єрну функцію. Iз концентруючими та бар'єрними функціями живої речовини пов'язана здатність екосистем до самоочищення, вона проявляється стосовно великого класу речовин. Ряд з них, потрапляючи до трофічного ланцюгу поступово руйнується. Але така здатність біомів до самоочищення не безмежна. Є верхній граничний рівень концентрації, перевищення якого вже не дає можливості біому очиститися від даної речовини. Тут багато чого залежить від типу забруднюючої речовини та швидкості її надходження в екосистему. При поступовому надходженні забруднюючих речовин самоочищення йде ефективніше, ніж при разових викидах в екосистему великої кількості ксенобіотиків.

Деякі забруднюючі речовини в біогеохімічних циклах не руйнуються, а переходять у депо циклу (гірські породи, атмосферу і т.п.), та їхня шкідлива дія на організм знижується. Це відбувається з багатьма мінеральними речовинами.


^ 8. Розвиток та еволюція екосистем

Екосистемам, як і усім природним об'єктам, властиві закономірні зміни у часі. Ці зміни відповідають принципу самостійного розвитку та руху матерії. Для позначення явища розвитку екосистем звичайно використовують термін “еволюція”. Він не зовсім вдалий. Зі словом “еволюція” у більшості випадків асоціюється історичний розвиток, боротьба за існування та природний добір. На рівні екосистем цих явищ немає, але термін “еволюція” тут застосовується більшістю авторів і змінювати його немає підстав. Хоча, за М.А. Голубцем (1969), доводиться говорити про екосистемну еволюцію. Екосистемна еволюція включає в себе “зміну у часі просторової та функціональної організації екосистем” (М. Голубець, 1982).

В екосистемній еволюції існує дві узгодженні форми розвитку:

а) еволюція живих організмів;

б) самоорганізація неживої матерії.

Закономірності біологічної еволюції, відкриті Ч. Дарвіним, вже добре вивчені. Порівняно новою сторінкою в екології є встановлення фактів та механізмів самоорганізації в неорганічному світі.

Відкриття самоорганізації в неорганічному світі як противаги зростанню ентропії має епохальне значення, і його філософські наслідки ще до кінця неусвідомлені.

У неживій матерії до саморозвитку здатні відкриті системи що складаються з підсистем із колективною поведінкою. У противагу до другого закону термодинаміки, в неорганічній матерії однак відомі випадки, коли порядок виникає з безладу.

В екології розвиток у формі самоорганізації матерії є важливою властивістю екосистем. Кооперативна поведінка живої матерії, яка еволюціонує, та абіотичних компонентів екосистем, що само- організуються, веде до виникнення все нових і нових форм організації. Вони і складають зміст екосистемної еволюції. Відкритий характер екосистем зумовлює, що їхня еволюція визначається внутрішніми особливостями екосистем, які саморозвиваються. Але вона здійснюється також і за рахунок зовнішніх стосовно екосистем збурень.

Внутрішнім джерелом самоорганізації екосистем є протиріччя форм та темпів розвитку живого та неживого компонента, їхньої структури. Детальний аналіз, проведений М.А. Голубцем (1982), показав, що за рахунок еволюції екосистем у біосферний кругообіг речовин включаються все нові потенційні середовища життя і підвищується продуктивність та стабільність біогеоценотичного покриву Землі в цілому. Ще до нього, А.I. Літока (1925) сформулював правило максимуму потоку енергії в біологічних системах, відповідно до якого екосистемна еволюція зорієнтована так, що все більша й більша частка енергії направляється на збільшення незалежності та автономності екосистем щодо зовнішніх збурень.

Важливим рушієм поступових змін екосистем є процес життєдіяльності організмів. За неповної замкненості біогеохімічних циклів в екосистемах накопичуються органічні та неорганічні залишки специфічного характеру. Так, очевидно, що на самих ранніх етапах еволюції екосистем в них не було організмів, які використовували для дихання вільний кисень, тому що його в атмосфері просто не було. У міру накопичення кисню, в результаті фотосинтезу зелених рослин, на Землі почали формуватися екосистеми, що вміщували живі організми, які дихали киснем.

Іншій рушій екосистемної еволюції - це сама біологічна еволюція, тобто зміна організмів різного рівня організації. Як показано М.А. Голубцем, вся сукупність генотипів тієї чи іншої екосистеми, що складає генопласт, також є об'єктом еволюції. Ю.Одум (1986) підкреслював важливість для еволюції екосистем двох ефектів: коеволюції та групового добору. Поява тісної кооперації типу “рослина та її фітофаги”, ”жертва та хижак”, спеціалізовані квітки та їх запилювачі - це все результат коеволюції.

Дані геології свідчать, що еволюція екосистем зумовлена ходом вікових змін самої геоморфологічної структури Земної Кулі та пов'язаними з ними змінами клімату. Аналізуючи фактори еволюції екосистем, М.А. Голубець (1983) підкреслював, що екосистеми як природні структури утримують значну кількість акумульованої в них вільної енергії. Це спричиняє їхній нестійкий стан та веде до періодичних самозбурень. Таким чином. можна стверджувати, що процес екосистемної еволюції базується на трьох основних факторах :

^ 1)зміні середовища;

2)спадковій мінливості живих організмів та природному доборі;

3)наявності в екосистемах вільної енергії.

Загальний аналіз закономірностей зміни екосистем показує, що в умовах більш чи менш стабільного екологічного середовища екосистеми, які мають велике внутрішнє різноманіття, витісняють прості екосистеми. Екосистемна еволюція йде від простого до складного. За В.С. Голубєвим (1992), критерієм прогресивності еволюції екосистем та біосфери є темп нарощування в них вільної енергії, що сприяє збільшенню стійкості функціонування екосистем та здатності до саморегуляції.

Динаміку розвитку великих екосистем та біосфери в цілому можна побачити з аналізу окремого випадку еволюції екосистем - сукцесії.

Сукцесія - це послідовна зміна біогеоценозів (екосистем) на одній і тій же території під впливом природних факторів або діяльності людини.

Початковою точкою такого розвитку при розгляді сукцесії зручно вважати такі ділянки, як повністю не зайняті будь-якими живими організмами. Це, наприклад, поля лави, оголення грунту після зсуву, свіжі річкові наноси. Угрупування живих організмів, які першими опиняються в таких місцях, називаються піонерами. У міру розвитку будь-якого піонерного угрупування, воно рано чи пізно досягає стійкої рівноваги, коли угрупування не може замінюватися іншим угрупуванням. Такі угрупування називаються клімаксними.

Повний набір угрупувань живих організмів у часовій послідовності їхніх змін від піонерного до клімаксного складає сукцесійний ряд.

Аналізуючи екосистеми, розрізняють сукцесію екосистеми в цілому та окремо сукцесії рослинності, тваринного та мікробного населення. У типовому випадку узагальнена схема сукцесії полягає в послідовній зміні нижчих рослин і тварин більш організованими, а в рослин - ще й багаторічними формами (рис.2.6.). Розрізняють первинні сукцесії, коли заселяється початково позбавлений життя субстрат, та вторинні сукцесії, коли формування екосистеми йде на базі такого угрупування, що раніше існувало, але згодом було зруйнованим. Вторинні сукцесії беруть початок на місцях згарищ, вирубок, занепалого сільськогосподарського землекористування і т.п. Концепція сукцесій була сформована в 1916 році Ф.Е.Клементсом. На його думку, всі основні сукцесії обов'язково завершуються одним клімаксним угрупуванням, яке відповідає даному клімату. Такий підхід отримав назву моноклімаксу.




Пізніше було показано, що й в умовах одного типу клімату, залежно від характеру грунту, гідрологічного режиму і т.п. формується цілий набір різних, але стійких угрупувань. Це явищеотримало назву поліклімаксу.

В.С. Ткаченко та А.П. Генов (1992) для заповідника “Кам'яні могили” Донецької області описали цікавий сукцесійний ряд степової екосистеми. Тут послідовно змінюють одна одну піонерна, типчакова, ковильова, корневищно-злакова, злаково-різнотравна, чагарникова та лісова фази. Примітно, що початкові фази цього ряду проявляють щорічні флуктуації, які сильно залежать від проникнення напівпаразитичної рослини дзвінець весняний. У поєднанні з риючою діяльністю сліпака це повертає степову екосистему до початкової фази. Розвиток відбувається мовби за своєрідними напівпетлями. Досить важливо, що в цьому випадку сукцесія є не тільки зміною характеру рослинного покриву, це динамічний процес усієї екосистеми.


^ 9. Стійкість і саморегуляція екосистем

У ході еволюції, коли певні види організмів вимирають та їм на зміну приходять інші, більш пристосовані до умов існування, видове різноманіття екосистем і біосфери в цілому зростає.

Стійкість екосистем в значній мірі пов'язана з рівнем їхньої еволюційної просунутості. Існує думка, що еволюційно більш молоді та прогресивні екосистеми складної організації зі значними ресурсами питомої вільної енергії мають підвищену стійкість. Знижується стійкість екосистеми при спрощенні їхньої структури. В основі стійкості екосистем і біосфери в цілому лежить широкий комплекс механізмів та їх структурних особливостей. Головний фактор стійкості екосистем - це наявність в ній живої матерії. Саме вона визначає перевагу синтезу та структурування над процесами розпаду. Надає стійкості екосистемі різноманітність форм життя. Стійкість екосистем залежить від стійкості організмів та популяцій, які до неї входять. Стійкість організмів та популяцій проявляється у їх здатності до самопідтримки та збереження в умовах несприятливих зовнішніх впливів. Основою стійкості живих організмів є їх здатність до адаптації. Адаптація може бути визначена як відповідність між організмом та його середовищем.

В епоху глобального антропогенезу особливо важливе значення отримала стійкість живих істот до різного роду хімічних речовин, які в природному середовищі відсутні. Звісно отрута є і в природі, але живі організми вже давно та поступово адаптувалися до них. Інша справа з ксенобіотиками. Так називають хімічні сполуки, що є прямим чи опосередкованим наслідком господарської діяльності людини та які не можуть бути використані живими організмами для отримання енергії або побудови свого тіла. Число таких ксенобіотиків величезне. Проте за рахунок переадаптації живі організми здатні протистояти їхньому шкідливому впливу. На рівні організму в усіх живих істот є декілька способів захисту від ксенобіотиків:

а) у людини є розумова діяльність, що дозволяє розпізнати ксенобіотики та уникати їх;

б) у всіх тварин та людей є гормональна система, що розпізнає ксенобіотики, які вже потрапили до організму;

в) на рівні клітин у рослин та тварин є мембранні бар'єрні механізми, що запобігають проникненню ксенобіотиків у середину клітини;

г) усі живі організми мають ферменти, здатні руйнувати більшість ксенобіотиків;

д) у тілі живих організмів є депо, куди направляються шкідливі речовини для запобігання впливу на активний обмін речовин;

е) у ряді випадків рослини та тварини мають внутрішньоклітинні та тканинні транспортні системи виведення ксенобіотиків з організму.

Адаптація - це не тільки властивість організмів, це й властивість популяцій. На популяційному рівні адаптація проявляється у формуванні гетерогенного складу популяції та появі в них екотипів - особливих форм, що відрізняються характером пристосувань до середовища та розширюють амплітуду умов, в яких може вижити даний вид.

Фахівці в екології при оцінці стійкості популяції спираються на таке поняття, як “мінімальна життєздатність популяції”. Більш стійкими виявляються генетично мінливі, лабільні популяції, які швидше пристосовуються до змін умов існування. За наявністю складної внутрішньопопуляційної структури рослини та тварини більш стійкі та життєздатні. Таким чином, біологічне різноманіття є інтегральною формою варіабельності живої матерії, формою її існування, і тому є однією з об'єктивних цінностей природного середовища.

При розгляді розвитку будь-яких біосферних структур, від організмів до всієї біосфери, варто мати на увазі співвідношення стихійного та розумного початку. Перші фази розвитку соціуму здійснювалися в умовах явного переваження стихійного розвитку. Саме так змінювали одне одного такі важливі етапи, як одомашнення диких тварин, виникнення осідлості та хліборобства, науково-технічна революція. В усіх цих випадках домінував саморозвиток. Новим етапом у розвитку соціуму, до якого наблизилося людство на рубежі ХХI століття є формування екологічного суспільства. Він вимагає відмови від загальноприйнятої орієнтації на зростання матеріального багатства. Цей етап вже не може здійснитися як стихійний розвиток. Він може бути реалізований тільки системою свідомих дій та знаменує перехід від етапу стихійного до етапу самоправного розвитку соціуму, коли як кожна окрема людина, так і суспільні об'єднання різних рангів аж до держави усвідомлять, що вони є частками біосфери, та беруть участь у її регулюванні.

Схожі:

В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconВ. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон
Екосистеми є основними структурними одиницями які складають біосферу. Тому поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconКонцепція екосистеми. Критерії виділення екосистем
Екосистеми є основними структурними одиницями які складають біосферу. Тому поняття про екосистеми надзвичайно важливе для аналізу...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconАнотація курсу «Вища математика» у розділі «Аналітична геометрія»
«Аналітична геометрія» розглядаються такі теми, як елементи векторної алгебри; рівняння ліній на площині; загальне та часткове рівняння...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconУкладач: к держ упр., доц. В. О. Мартиненко завдання для самостійної роботи з дисципліни «екологія» Завдання
Теоретичні відомості. Виробниче І рекреаційне навантаження на природні екосистеми та рівень негативного впливу на довкілля повинні...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconПротокол №1 від «13» лютого 2013 р
Фактори ґрунтотворення та їхня роль. Поняття родючості ґрунту. Біосферно-екологічні функції ґрунтів. Утворення, склад та властивості...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconПрограма фахового іспиту
Отримання деревної волокнистої сировини. Технологічний процес виготовлення паперу. Структурно-розмірні властивості. Механічні властивості....
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconПрограма фахового іспиту
Отримання деревної волокнистої сировини. Технологічний процес виготовлення паперу. Структурно-розмірні властивості. Механічні властивості....
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон icon1. Властивості логічних систем лекція (4 год.)
Розглядаються засадничі поняття семантики можливих світів. Аналізуються світоглядні засади та базові властивості основних систем...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconМіністерство освіти І науки, молоді та спорту України
Закон оптимуму; закон біогенної міграції атомів, закон 10-ти %, закон константності (Вренадського), закон зворотності (Далло), закон...
В. О. Мартиненко лекція екосистеми, їхні властивості І закон iconЗакон України «Про лікарські засоби». Вступительная лекция. История развития фармакологии. Состояние современной фармакологии. Закон Украины «Про лекарственные средства». проф. Степанюк Г.І. 2
Вступна лекція. Історія розвитку фармакології. Стан сучасної фармакології. Закон України «Про лікарські засоби»
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи