Mistä biogeosenoosin vakaus riippuu? Biogeocenoosin stabiilisuus määritetään. Syitä kestävyyteen ja ekosysteemien muutokseen

Ohjeet

Elävien organismien populaatiot eivät elä eristyksissä, vaan ovat vuorovaikutuksessa muiden lajien populaatioiden kanssa. Yhdessä ne muodostavat korkeamman tason järjestelmiä - bioottisia yhteisöjä tai ekosysteemejä, jotka kehittyvät omien lakiensa mukaan. Ekosysteemin muodostavat elementit (elävät organismit ja ympäristö - ilma, maaperä, vesi jne.) ovat jatkuvasti vuorovaikutuksessa toistensa kanssa.

Elävien organismien ja elottoman luonnon välinen yhteys toteutuu aineen ja energian vaihdon kautta. Kasvit ja eläimet tarvitsevat jatkuvasti sekä energiaa että ainetta, ja ne saavat ne ympäristöstä. Samaan aikaan ravinteita, jotka käyvät läpi sarjan muutoksia, palautetaan jatkuvasti takaisin ympäristöön (jos näin ei tapahdu, varannot kuivuisivat pian ja elämä maapallolla loppuisi). Seurauksena yhteisöön syntyy vakaa aineiden kierto, jossa elävillä organismeilla on keskeinen rooli.

Lajien monimuotoisuus antaa meille mahdollisuuden arvioida yhteisön kokoonpanoa ja sen olemassaolon kestoa. Tyypillisesti mitä enemmän aikaa on kulunut ekosysteemin muodostumisesta, sitä korkeampi on sen lajirikkaus, ja tätä voidaan pitää sen kestävyyden ja hyvinvoinnin indikaattorina. Vaikka elinolojen muutos ilmastonmuutoksen tai muiden tekijöiden vaikutuksesta johtaisi lajin sukupuuttoon, tämän menetyksen kompensoivat muut lajit, jotka ovat ekologisesti erikoistuneessaan lähellä sitä.

Elinolojen laajamittaisten muutosten myötä tietyllä alueella jotkut yhteisöt korvataan vähitellen toisilla. Jos esimerkiksi lopetat pellon viljelyn kerran hakatun metsän tontilla, metsä ilmestyy hetken kuluttua uudelleen tälle paikalle. Tätä kutsutaan luonnolliseksi ekologiseksi peräkkäisyydeksi tai jatkuvuudeksi. Tätä prosessia hallitsee ekosysteemi itse, eikä se riipu sen maantieteellisestä sijainnista tai yhteisössä asuvista lajeista.

Yhteisön elämän ylläpitämiseen käytettävä kokonaisenergiankulutus voi olla pienempi tai suurempi kuin tuottajien biomassan lisäys. Ensimmäisessä tapauksessa ekosysteemiin kertyy orgaanista ainetta, toisessa -. Molemmissa tapauksissa yhteisön ulkonäkö muuttuu: jotkut lajit voivat kuolla sukupuuttoon, mutta joukko muita lajeja ilmaantuu. Tämä tapahtuu, kunnes ekosysteemi saavuttaa tasapainotilan. Tämä on ekologisen peräkkäisyyden ydin.

Joten peräkkäisyyden aikana kasvi- ja eläinlajit muuttuvat jatkuvasti, yhteisön lajirikkaus lisääntyy, orgaanisen aineksen biomassa kasvaa ja biomassan kasvunopeus hidastuu. Periytyskeston määräävät ekosysteemin rakenne, ilmasto-ominaisuudet ja muut tekijät, mukaan lukien satunnaiset, kuten tulipalo, kuivuus, tulva jne.

BGC:n vakauden perusta on sen muodostavien populaatioiden itsesäätelymekanismit, jotka ovat kehittyneet materiaali- ja energiasuhteiden pohjalta ympäröivään alueelliseen ympäristöön. Jokainen populaatio asettaa biosenoottiseen ympäristöönsä optimaalisen lukumääränsä kaikissa sukupuoli- ja ikäryhmissä. Tällä perusteella populaation ja biogeosenoosin välille muodostuu optimaaliset kvantitatiiviset materiaali-energia-suhteet. Kaikkien populaatioiden suhde ja vuorovaikutus keskenään ja elinympäristön kanssa on edellytys lajin kehittymiselle ja BGC:n kestävälle olemassaololle järjestelmänä (Esimerkki: populaatio-biogeosenoosijärjestelmä)

Biogeocenoosin stabiilisuus– tämä on sen laadullinen varmuus – biogeosfäärin alkeissoluna. Vakaalla BGC:llä on suhteellinen rakenteen pysyvyys ja kyky vaihtaa ainetta ja energiaa viereisten BGC:iden kanssa. On olemassa evoluutionaalisesti vakiintunut vuorovaikutus tekijöillä, jotka pyrkivät säilyttämään suhteellisen vakaan tilan tiettynä aikana. Tätä tilaa kutsutaan BGC-homeostaasiksi.

Biogeocenoosin dynamiikka. Kaikki biogeosenoosit, huolimatta niiden suhteellisesta stabiilisuudesta ja stabiilisuudesta, kokevat suurempia tai pienempiä muutoksia rakenteessa ja aineenvaihdunnassa, mikä johtaa laadullisiin ja kvantitatiivisiin muutoksiin. V. N. Sukachevin (1964) mukaan ne voivat olla syklisiä (jaksollisia): päivittäisiä, kausittaisia, monivuotisia jne. ja peräkkäisiä. Dynamiikka on BGC:n vaihtelua, joka johtuu sen koostumuksen, rakenteen ja toiminnallisen organisaation määrällisten muutosten kertymisestä.

Sykliset muutokset ovat palautuvia eivätkä muuta tietyn biogeosenoosin laadullista spesifisyyttä. Sitä vastoin peräkkäiset muutokset ovat prosesseja, joissa jotkut biogeosenoosit korvataan laadullisesti toisilla. Tällaiset siirtymät voivat olla kahta luokkaa:

Toinen luokka on biogeosenogeneesi - biogeosenoosien muodostumisprosessi, niiden muutos ajan myötä ja biogeosenoottisen peitteen kehittyminen tietyllä alueella (Sukachev). Se sisältää kaksi toisiinsa liittyvää vaihetta: 1. - syngeneesi, 2. - endogeneesi.

Syngeneesi on biogeosenoosien muodostumisprosessi maapallon alueilla, joilla ei ole elämää. F. Clementsin (1936) mukaan syngeneesissä on kolme vaihetta: muuttoliike, ecesis, kilpailu; V. N. Sukachevin mukaan vain kaksi: muuttoliike ja ekesis. Samanaikaisesti V. N. Sukachevin mukaan muuttoliikkeen ja ekesiksen vaiheet tapahtuvat jokaisessa asutusvaiheessa.

Esimerkiksi I.V. Stebaevin suunnitelma koskee BGC:iden muodostumista koville kiville.

Maanjäristyksen jälkeen tapahtui kiven sortuminen. Romahduksen seurauksena muodostui laajat rinteet kiinteän kallion kivisinä paikkoina, joissa ei ollut kasvillisuutta.

Ensimmäiset nämä jäkälät asuttavat kuori- ja lehtijäkälät. Heterotrofinen mikrofloora asettuu myös heidän kanssaan. Tässä hard rock -miehityksen vaiheessa on eri vaiheita sekä muuttoliikkeessä että ekesisissä.

Muuttovaiheelle on ominaista lajien monimuotoisuuden lisääntyminen, koenokompleksi sijaitsee mosaiikkikuviossa.

Ecesis-vaiheen aikana erilliset jäkälätäplät sulautuvat yhtenäiseksi matoksi, ja mukana olevien lajien - oribatid-punkkien, jousihäntäpunkkien ja muiden alempien hyönteisten - määrä lisääntyy.

Sitten tulee litofiilisten sammaleiden kehitysvaihe. Tässä vaiheessa sammaleiden kolonisaatio tapahtuu myös kahdessa vaiheessa - muuttoliike ja ekesis. Samoin kuin näissä vaiheissa tapahtuu litofiilisten sammaleiden korvaamista vihreillä hypnum-sammalilla, samoin kuin hypnum-sammalten korvaamista korkeammilla vaskulaarisilla kasveilla. Jokaisessa vaiheessa esiintyy sekä syngeneesi-migraatio- että ekesis-vaihe. Kahdessa viimeisessä vaiheessa tätä elinympäristöä asuttavat korkeammat hyönteiset ja lierot sekä niihin troofisesti liittyvät saalistajat,

Näiden vaiheiden kehittymisen aikana tapahtuu kasvavaa kallion pinnan tuhoutumista ja irtonaisen alustan paksuus kasvaa. Hieno maa rikastuu humuksella ja mineraaleilla ja muuttuu vähitellen maaperäksi. Muodostuu ohuita, alikehittyneitä maapeitettä.

Maaperän kehittyessä BGC-kerroksen rakenteellinen ja toiminnallinen organisaatio muuttuu monimutkaisemmaksi, sen erilaistuminen morfologisen ja trofisen rakenteen elementtien mukaan ja viime kädessä biogeosenoottisen järjestelmän muodostumisesta.

Syngeneesi tapahtuu eri tavalla löysillä substraateilla. Kivien biologiseen hajoamiseen ja primitiivisen maakerroksen muodostumiseen ei liity alkukantaisten jäkälä- ja sammalyhteisöjen vaihetta. Syngeneesiprosessi alusta loppuun tapahtuu korkeampien vaskulaaristen kasvien ja vastaavien eläin- ja mikrobipopulaation edustajien perusteella. B. A. Bykov (1970) esitti mielenkiintoisen syngeneesikaavion. Tässä järjestelmässä on kolme vaihetta:

1. Procenosis - siirtokunta. Avaruuden kolonisaatio korkeampien vaskulaaristen kasvien alkuperäisillä lajeilla, jotka yleensä kuuluvat samaan ekobiomorfiin. Kasvien asutukset ovat erillisiä, niiden välillä ei ole vuorovaikutusta tai keskinäisiä vaikutuksia ja ympäristövaikutus on heikko.

2. Procenosis - ryhmittely. Kasviyhteisöjä muodostuu useiden yhteen tai kahteen ekobiomorfiin kuuluvien vuorovaikutuksessa olevien populaatioiden avulla. Elinympäristössä tapahtuu merkittäviä muutoksia.

3. Hypersenoosi. Muodostuvat fytosenotyypit - dominantit, subdominantit, mukana olevat lajit. Kanta- ja lajien monimuotoisuus kasvaa, fytokenoosin rakenne ja ilme muodostuvat.

Tämä prosessi päättyy suhteellisen vakaan yhteisön muodostumiseen, jolla on tyypillinen elävien ja inerttien komponenttien koostumus, rakenteellinen ja toiminnallinen organisaatio sekä monimutkainen moninaisten yhteyksien ja itsesäätelymekanismien järjestelmä.

Yksinkertaisemmin ilmaistun syngeneesikaavion antoi A. P. Shennikov (1964).

1. Erillisen koostumuksen kasvien ekotooppinen ryhmittely

2. Erillisen paksuuskoostumuksen avoin fytokenoosi

3. Suljettu fytokenoosi suhteessa hajarakenteeseen Tämä on käytännössä sama kuin Bykovin kaavio, mutta nimetty eri tavalla.

Biogeosenoosi on biosenoosi, jota tarkastellaan vuorovaikutuksessa siihen vaikuttavien abioottisten tekijöiden kanssa, jotka puolestaan ​​muuttuvat sen vaikutuksen alaisena. Biokenoosi on synonyymi yhteisölle, ja myös ekosysteemin käsite on lähellä sitä.

Ekosysteemi on ryhmä eri lajeista koostuvia organismeja, jotka liittyvät toisiinsa ainekierron kautta.

Jokainen biogeosenoosi on ekosysteemi, mutta jokainen ekosysteemi ei ole biogeocenoosi. Biogeocenoosin karakterisoimiseksi käytetään kahta samanlaista käsitettä: biotooppi ja ekotooppi (elottoman luonnon tekijät: ilmasto, maaperä). Biotooppi on biogeosenoosin miehittämä alue. Ekotooppi on biotooppi, johon muiden biogeosenoosien organismit vaikuttavat.

Biogeocenoosin ominaisuudet

luonnollinen, historiallisesti vakiintunut järjestelmä

järjestelmä, joka pystyy säätelemään itseään ja pitämään koostumuksensa tietyllä vakiotasolla

ominaista aineiden kierto

avoin järjestelmä energian tuloa ja poistumista varten, jonka päälähde on aurinko

Biogeocenoosin tärkeimmät indikaattorit

Lajikoostumus - biogeocenoosissa elävien lajien lukumäärä.

Lajien monimuotoisuus on biogeocenoosissa elävien lajien lukumäärä pinta-ala- tai tilavuusyksikköä kohti.

Useimmissa tapauksissa lajikoostumus ja lajien monimuotoisuus eivät täsmää kvantitatiivisesti ja lajien monimuotoisuus riippuu suoraan tutkimusalueesta.

Biomassa on biogeocenoosin organismien lukumäärä ilmaistuna massayksiköinä. Useimmiten biomassa jaetaan:

biomassan tuottajat

kuluttajien biomassaa

hajottajien biomassa

Biogeosenoosien stabiilisuusmekanismit

Yksi biogeosenoosien ominaisuuksista on kyky itsesäätelyyn, eli säilyttää koostumus tietyllä vakaalla tasolla. Tämä saavutetaan aineiden ja energian vakaan kierron ansiosta. Itse syklin vakaus varmistetaan useilla mekanismeilla:

elintilan riittävyys, eli sellainen tilavuus tai pinta-ala, joka tarjoaa yhdelle organismille kaikki sen tarvitsemat resurssit.

lajikoostumuksen rikkaus. Mitä rikkaampi se on, sitä vakaampi on ravintoketju ja sitä kautta aineiden kierto.

erilaisia ​​lajivuorovaikutuksia, jotka myös ylläpitävät troofisten suhteiden vahvuutta.

lajien ympäristöä muodostavat ominaisuudet, eli lajien osallistuminen aineiden synteesiin tai hapetukseen.

antropogeenisen vaikutuksen suunta.

Siten mekanismit varmistavat muuttumattomien biogeosenoosien olemassaolon, joita kutsutaan stabiileiksi. Stabiilia biogeokenoosia, joka on olemassa pitkään, kutsutaan huipentumaksi. Luonnossa on vähän stabiileja biogeosenoosia, stabiilit ovat yleisempiä - vaihtuvia biogeosenoosia, mutta pystyvät itsesäätelyn ansiosta palaamaan alkuperäiseen lähtöasentoonsa.

Biogeocenoosin energia tai tuottavuus

Troofisen ketjun käsite

Primaarisen orgaanisen aineen synteesi

Termodynamiikan toisen pääsäännön mukaan kaikki energiatyypit muunnetaan lopulta lämmöksi ja hajoavat. Primaarista orgaanista ainesta muodostuu pääasiassa vihreistä kasveista fotosynteesin aikana, tämä reaktio on vastoin termodynaamista gradienttia. Energiaa kertyy orgaaniseen aineeseen, koska fotonienergia muuttuu kemiallisten sidosten energiaksi. Kasvit varastoivat energiaa 20,9 x 10 22 kJ vuodessa. Samalla bakteerit voivat suorittaa orgaanisen aineen synteesiä.

Troofinen ketju- muodostuu biogeocenoosissa aineen ja vastaavan energian peräkkäisen siirtymisen aikana organismista toiseen. Koska kasvit rakentavat organisminsa ilman välittäjiä, niitä kutsutaan autotrofeiksi, ja siksi Ne luovat myös primaarista orgaanista ainesta; niitä kutsutaan myös tuottajiksi.

Kaavio yksinkertaisesta ravintoketjusta biogeocenoosissa.

Organismit, jotka eivät pysty rakentamaan ainettaan mineraalikomponenteista, pakotetaan käyttämään tähän autotrofien luomaa, kutsutaan heterotrofeiksi tai kuluttajiksi. On ensimmäisen, toisen tilauksen kuluttajia jne. Lyhyet troofiset ketjut - ampiainen-jänis-kettu. Monimutkainen suhde eri troofisten ketjujen yhteisten linkkien välillä muodostaa troofisen verkoston.

Syöttöprosessin aikana troofisen verkoston kaikissa vaiheissa ilmaantuu jätetuotteita, jotka korvautuvat osittain tai kokonaan hajottajilla. Näitä ovat bakteerit, sienet, alkueläimet, pienet selkärangattomat jne., jotka elämänsä aikana hajottavat kaiken troofisen tason orgaaniset jäännökset mineraaliaineiksi.

Ekologisessa järjestelmässä on jatkuva energiavirtaus ruokatasolta toiselle. Kussakin vaiheessa osa energiasta hajoaa (häviää) ja se kompensoituu Auringosta tulevalla energialla. Ekosysteemin tuottavuuden määrää tietty aikayksikkö (biomassan muodostumisnopeus).

On ensisijainen tuottavuus (tuottajien tuottavuus) ja toissijainen (kuluttajien tuottavuus).

Primäärituottavuus ei ylitä 0,5 %, toissijainen tuottavuus on paljon pienempi. Kun energiaa siirretään linkistä toiseen, jopa 99 % menetetään.

Jotta biogeosenoosi tai luonnollinen ekosysteemi olisi biostaattisessa tilassa, on erittäin tärkeää:

1. Aine- ja energiavirtojen ja aineenvaihduntaprosessien tasapaino kehon ja ympäristön välillä.

2. Palautemekanismien takaaman bioottisen syklin läsnäolo

3. Lajien monimuotoisuuden esiintyminen ekosysteemeissä ja sen seurauksena ekosysteemien stabiilisuus määräytyy trofisen pyramidin lajien välisten yhteyksien määrästä.

Ekologinen järjestelmä

Käsitteiden ekosysteemi, biogeocenoosi olemus

Biologiassa käytetään kolmea merkitykseltään samanlaista käsitettä:

1. Biogeocenoosi(kreikaksi "bios" - elämä, "geo" - maa, "tsenos" - yleinen) - biosfäärin rakenteellinen ja toiminnallinen perusyksikkö. Se on vakaa itsesäätelevä ekologinen järjestelmä, jossa orgaaniset komponentit (eläimet, kasvit) liittyvät erottamattomasti epäorgaanisiin (vesi, maaperä). Esimerkiksi järvi, mäntymetsä, vuoristolaakso (kuva 8.1). Biogeosenoosin opin kehitti akateemikko Vladimir Sukachev (kuva 8.10) vuonna 1940.
2. Biogeocenoosi - biosenoosi, jota tarkastellaan vuorovaikutuksessa siihen vaikuttavien abioottisten tekijöiden kanssa ja puolestaan ​​sen vaikutuksen alaisena muuttuvana. Biokenoosi on synonyymi Yhteisö, konsepti on myös hänelle lähellä ekosysteemi.
3. Ekosysteemi- ryhmä eri lajeihin kuuluvia organismeja, jotka liittyvät toisiinsa ainekierron kautta.

Jokainen biogeosenoosi on ekosysteemi, mutta jokainen ekosysteemi ei ole biogeocenoosi. Biogeocenoosin karakterisoimiseksi käytetään kahta samanlaista käsitettä: biotooppi Ja ekotop (elottoman luonnon tekijät: ilmasto, maaperä). Biotooppi- tämä on biogeosenoosin miehittämä alue. Ecotop on biotooppi, johon muiden biogeosenoosien eliöt vaikuttavat.Ekotooppi koostuu myös ilmasto (ilmasto) kaikissa sen monimuotoisissa ilmenemismuodoissa ja geologisessa ympäristössä (maaperä ja maaperä), ns edafotooppi. Edaphotope- täältä biosenoosi ammentaa olemassaolonsa ja vapauttaa jätetuotteita.

Biogeocenoosin ominaisuudet:

• luonnollinen, historiallisesti vakiintunut järjestelmä;
• järjestelmä, joka pystyy säätelemään itseään ja pitämään koostumuksensa tietyllä vakiotasolla;
• ominaista aineiden kierto;
• avoin järjestelmä energian tuloa ja poistumista varten, jonka päälähde on aurinko.

Kuva 8.1 Trooppisen metsän biokenoosi

Kuva 8.1a Lammen biokenoosi

Biogeocenoosin tärkeimmät indikaattorit:

• Lajikoostumus- biogeocenoosissa elävien lajien lukumäärä.
• Lajien monimuotoisuus- biogeocenoosissa elävien lajien lukumäärä pinta-ala- tai tilavuusyksikköä kohti.

Useimmissa tapauksissa lajikoostumus ja lajien monimuotoisuus eivät täsmää kvantitatiivisesti ja lajien monimuotoisuus riippuu suoraan tutkimusalueesta.

• Biomassa- biogeocenoosin organismien lukumäärä ilmaistuna massayksiköinä. Useimmiten biomassa jaetaan (kuva 8.2):

· tuottajien biomassa;

kuluttajien biomassa;

hajottajien biomassa

Kuva 8.2 Kuluttajien ja tuottajien käsite

Biogeosenoosien stabiilisuusmekanismit

Yksi biogeosenoosien ominaisuuksista on kyky itsesäätelyyn, eli säilyttää koostumus tietyllä vakaalla tasolla. Tämä saavutetaan aineiden ja energian vakaan kierron ansiosta. Itse syklin vakaus varmistetaan useilla mekanismeilla:

• elintilan riittävyys, eli sellainen tilavuus tai pinta-ala, joka tarjoaa yhdelle organismille kaikki sen tarvitsemat resurssit.
• lajikoostumuksen rikkaus. Mitä rikkaampi se on, sitä vakaampi on ravintoketju ja sitä kautta aineiden kierto.
• erilaisia ​​lajivuorovaikutuksia, jotka myös ylläpitävät troofisten suhteiden vahvuutta.
• lajien ympäristöä muodostavat ominaisuudet, eli lajien osallistuminen aineiden synteesiin tai hapetukseen.
• antropogeenisen vaikutuksen suunta.

Siten mekanismit varmistavat muuttumattomien biogeosenoosien olemassaolon, joita kutsutaan stabiileiksi. Stabiilia biogeosenoosia, joka on olemassa pitkään, kutsutaan huipentuma. Luonnossa on vähän stabiileja biogeosenoosia, stabiilit ovat yleisempiä - vaihtuvia biogeosenoosia, mutta pystyvät itsesäätelyn ansiosta palaamaan alkuperäiseen lähtöasentoonsa.