No kā ir atkarīga biogeocenozes stabilitāte? Tiek noteikta biogeocenozes stabilitāte. Ekosistēmu ilgtspējības un izmaiņu iemesli

Instrukcijas

Dzīvo organismu populācijas nedzīvo izolēti, bet mijiedarbojas ar citu sugu populācijām. Kopā tās veido augstāka ranga sistēmas – biotiskas kopienas vai ekosistēmas, kas attīstās pēc saviem likumiem. Elementi, kas veido ekosistēmu (dzīvie organismi un vide - gaiss, augsne, ūdens utt.), nepārtraukti mijiedarbojas viens ar otru.

Saikne starp dzīviem organismiem un nedzīvo dabu tiek veikta matērijas un enerģijas apmaiņas ceļā. Gan enerģija, gan matērija ir pastāvīgi nepieciešama augiem un dzīvniekiem, un viņi to saņem no vides. Tajā pašā laikā barības vielas, kas tiek pakļautas virknei transformāciju, tiek pastāvīgi atgrieztas atpakaļ vidē (ja tas nenotiktu, rezerves drīz izžūtu un dzīvība uz Zemes beigtos). Rezultātā sabiedrībā rodas stabila vielu aprite, kurā dzīvajiem organismiem ir galvenā loma.

Sugu daudzveidība ļauj spriest par sabiedrības sastāvu un pastāvēšanas ilgumu. Parasti, jo vairāk laika ir pagājis kopš ekosistēmas izveidošanās, jo lielāka ir tās sugu bagātība, un to var uzskatīt par tās ilgtspējības un labklājības rādītāju. Pat ja dzīves apstākļu maiņa klimata pārmaiņu vai citu faktoru ietekmē novedīs pie kādas sugas izzušanas, šo zaudējumu kompensēs citas tai tuvas savā ekoloģiskajā specialitātē.

Līdz ar liela mēroga dzīves apstākļu izmaiņām noteiktā teritorijā dažas kopienas pakāpeniski tiek aizstātas ar citām. Piemēram, pārtraucot apstrādāt aramlauku kādreiz izcirsta meža vietā, pēc kāda laika šajā vietā atkal parādīsies mežs. To sauc par dabisko ekoloģisko pēctecību vai nepārtrauktību. Šo procesu kontrolē pati ekosistēma, un tas nav atkarīgs no tās ģeogrāfiskās atrašanās vietas vai sabiedrībā apdzīvotajām sugām.

Kopējais enerģijas patēriņš, ko izmanto kopienas dzīves uzturēšanai, var būt mazāks par ražotāju biomasas pieaugumu vai lielāks par šo pieaugumu. Pirmajā gadījumā ekosistēmā notiks organisko vielu uzkrāšanās, otrajā -. Abos gadījumos mainīsies sabiedrības izskats: dažas sugas var izmirt, bet parādīsies virkne citu sugu. Tas notiks, līdz ekosistēma sasniegs līdzsvara stāvokli. Tāda ir ekoloģiskās pēctecības būtība.

Tātad sukcesijas laikā nepārtraukti mainās augu un dzīvnieku sugas, palielinās kopienas sugu bagātība, palielinās organisko vielu biomasa un samazinās biomasas augšanas ātrums. Pēctecības ilgumu nosaka ekosistēmas struktūra, klimata īpatnības un citi faktori, arī nejauši, piemēram, ugunsgrēks, sausums, plūdi u.c.

BGC stabilitātes pamats ir to veidojošo populāciju pašregulācijas mehānismi, kas izveidojušies uz materiālo un enerģētisko attiecību pamata ar apkārtējo reģionālo vidi. Katra populācija savā biocenotiskajā vidē nosaka optimālo skaita līmeni visās dzimuma un vecuma grupās. Uz tā pamata veidojas optimālākās kvantitatīvās materiālu un enerģijas attiecības starp populāciju un biogeocenozi. Visu populāciju savstarpējās attiecības un mijiedarbība ar biotopu ir nosacījums sugas attīstībai un BGC kā sistēmas ilgtspējīgai pastāvēšanai.(Piemērs: populācijas-biogeocenozes sistēma)

Biogeocenozes stabilitāte– tā ir tā kvalitatīvā noteiktība – kā bioģeosfēras elementāra šūna. Stabilam BGC ir relatīva struktūras noturība un spēja apmainīties ar vielu un enerģiju ar blakus esošajiem BGC. Pastāv evolucionāri izveidota faktoru mijiedarbība, kas cenšas uzturēt relatīvi stabilu stāvokli noteiktā laikā. Šo stāvokli sauc par BGC homeostāzi.

Biogeocenozes dinamika. Visas biogeocenozes, neskatoties uz to relatīvo stabilitāti un stabilitāti, piedzīvo lielākas vai mazākas izmaiņas savā struktūrā un vielmaiņā, kas noved pie kvalitatīvām un kvantitatīvām izmaiņām. Pēc V.N.Sukačeva (1964) domām, tie var būt cikliski (periodiski): ikdienas, sezonāli, daudzgadīgi utt. un pēctecības. Dinamika ir BGC mainīgums, kas izriet no kvantitatīvu izmaiņu uzkrāšanās tā sastāvā, struktūrā un funkcionālajā organizācijā.

Cikliskās izmaiņas ir atgriezeniskas un nemaina konkrētās biogeocenozes kvalitatīvo specifiku. Turpretim secīgās izmaiņas ir procesi, kad dažas biogeocenozes tiek kvalitatīvi aizstātas ar citām. Šādas maiņas var iedalīt divās kategorijās:

Otrā kategorija ir biogeocenoģenēze - biogeocenožu veidošanās process, to maiņa laika gaitā un bioģeocenotiskā seguma attīstība noteiktā teritorijā (Sukačovs). Tas ietver divus savstarpēji saistītus posmus: 1. - sinģenēzi, 2. - endoģenēzi.

Sinģenēze ir biogeocenožu veidošanās process Zemes apgabalos, kuros nav dzīvības. Saskaņā ar F. Clements (1936) sinģenēze iziet trīs posmus: migrācija, ekēze, konkurence, pēc V. N. Sukačova domām, tikai divi: migrācija un ekēze. Tajā pašā laikā, pēc V. N. Sukačova domām, migrācijas un ekēzes posmi notiek katrā apmetnes posmā.

Piemēram, I. V. Stebajeva shēma attiecas uz BGC veidošanos uz cietajiem akmeņiem.

Pēc zemestrīces notika klints sabrukums. Sabrukšanas rezultātā izveidojās plašas nogāzes akmeņainu cietu klinšu vietu veidā, kurās nebija veģetācijas.

Pirmie, kas apdzīvo šīs vietas, ir garozas un lapotnes ķērpji. Ar tiem apmetas arī heterotrofā mikroflora. Šajā cieto akmeņu okupācijas posmā ir dažādi gan migrācijas, gan ekēzes posmi.

Migrācijas fāzei raksturīga sugu daudzveidības palielināšanās, cenokomplekss atrodas mozaīkas veidā.

Ecēzes fāzē atsevišķi ķērpju plankumi saplūst nepārtrauktā paklājā, un palielinās pavadošo sugu skaits - oribatīdu ērces, atsperes un citi zemākie kukaiņi.

Tad nāk litofilo sūnu attīstības stadija. Šajā posmā sūnu kolonizācija arī notiek divās fāzēs - migrācijas un ekēzes. Līdzīgi kā šajās stadijās notiek litofilo sūnu aizstāšana ar zaļajām hipnumsūnām, kā arī hipnumsūnu aizstāšana ar augstākiem vaskulāriem augiem. Katrā posmā notiek gan sinģenēzes-migrācijas, gan ekēzes posmi. Pēdējos divos posmos šo biotopu apdzīvo augstākie kukaiņi un sliekas, kā arī ar tiem trofiski saistītas plēsēju grupas,

Šo posmu attīstības laikā notiek arvien lielāka iežu virsmas iznīcināšana, un palielinās irdenā substrāta biezums. Smalkā zeme tiek bagātināta ar humusu un minerālvielām un pakāpeniski tiek pārvērsta augsnē. Veidojas plāni, mazattīstīti augsnes segumi.

Attīstoties augsnei, sarežģītāka kļūst BGC slāņa strukturālā un funkcionālā organizācija, tā diferenciācija pēc morfoloģiskās un trofiskās struktūras elementiem un galu galā bioģeocenotiskās sistēmas veidošanās.

Sinģenēze uz irdeniem substrātiem notiek atšķirīgi. Nav primitīvu ķērpju un sūnu sabiedrību stadijas, kas būtu saistīta ar iežu bioloģisko sadalīšanos un primitīva augsnes slāņa veidošanos. Sinģenēzes process no sākuma līdz beigām notiek, pamatojoties uz augstākiem vaskulāriem augiem un atbilstošiem dzīvnieku un mikrobu populācijas pārstāvjiem. Interesantu sinģenēzes shēmu iepazīstināja B. A. Bykovs (1970). Šajā shēmā ir trīs posmi:

1. Procenoze - kolonija. Telpas kolonizācija ar augstāko asinsvadu augu sākotnējām sugām, kas parasti pieder vienam un tam pašam ekobiomorfam. Augu apmetnes ir nodalītas, starp tām nav mijiedarbības vai savstarpējas ietekmes, un ietekme uz vidi ir vāja.

2. Procenoze - grupēšana. Augu sabiedrības veidojas ar vairāku savstarpēji mijiedarbīgu populāciju palīdzību, kas pieder vienam vai diviem ekobiomorfiem. Biotops piedzīvo ievērojamas izmaiņas.

3. Hipercenoze. Veidojas fitocenotipi - dominantes, subdominanti, pavadošās sugas. Pieaug populāciju un sugu daudzveidība, veidojas fitocenozes struktūra un izskats.

Šis process beidzas ar relatīvi stabilas kopienas veidošanos, kurai ir raksturīgs dzīvo un inerto komponentu sastāvs, strukturālā un funkcionālā organizācija un sarežģīta daudzveidīgu savienojumu un pašregulācijas mehānismu sistēma.

Vienkāršāk izteiktu sinģenēzes shēmu sniedza A. P. Šeņņikovs (1964).

1. Atsevišķa sastāva augu ekotopiskā grupēšana

2. Atsevišķu biezoņu sastāva atklāta fitocenoze

3. Slēgta fitocenoze attiecībā pret difūzo struktūru Tas ir praktiski tāds pats kā Bikova shēma, bet nosaukts citādi.

Biogeocenoze ir biocenoze, kas tiek aplūkota mijiedarbībā ar abiotiskiem faktoriem, kas to ietekmē un, savukārt, mainās tās ietekmē. Biocenoze ir kopienas sinonīms, un tai tuvs ir arī ekosistēmas jēdziens.

Ekosistēma ir dažādu sugu organismu grupa, ko savstarpēji savieno vielu cikls.

Katra biogeocenoze ir ekosistēma, bet ne katra ekosistēma ir biogeocenoze. Biogeocenozes raksturošanai tiek izmantoti divi līdzīgi jēdzieni: biotops un ekotops (nedzīvās dabas faktori: klimats, augsne). Biotops ir teritorija, kuru aizņem biogeocenoze. Ekotops ir biotops, kuru ietekmē organismi no citām biogeocenozēm.

Biogeocenozes īpašības

dabiska, vēsturiski izveidota sistēma

sistēma, kas spēj pašregulēties un uzturēt savu sastāvu noteiktā nemainīgā līmenī

ko raksturo vielu cirkulācija

atvērta sistēma enerģijas ienākšanai un izejai, kuras galvenais avots ir Saule

Galvenie biogeocenozes rādītāji

Sugu sastāvs - biogeocenozē dzīvojošo sugu skaits.

Sugu daudzveidība ir biogeocenozē dzīvojošo sugu skaits uz platības vai tilpuma vienību.

Vairumā gadījumu sugu sastāvs un sugu daudzveidība kvantitatīvi nesakrīt, un sugu daudzveidība ir tieši atkarīga no pētāmās teritorijas.

Biomasa ir biogeocenozes organismu skaits, kas izteikts masas vienībās. Visbiežāk biomasu iedala:

biomasas ražotājiem

patērētāju biomasu

sadalītāju biomasa

Biogeocenožu stabilitātes mehānismi

Viena no biogeocenožu īpašībām ir spēja pašregulēties, tas ir, saglabāt savu sastāvu noteiktā stabilā līmenī. Tas tiek panākts, pateicoties stabilai vielu un enerģijas cirkulācijai. Paša cikla stabilitāti nodrošina vairāki mehānismi:

dzīvojamās platības pietiekamība, tas ir, tāds apjoms vai platība, kas nodrošina vienu organismu ar visiem tam nepieciešamajiem resursiem.

sugu sastāva bagātība. Jo tas ir bagātāks, jo stabilāka uztura ķēde un līdz ar to arī vielu aprite.

dažādas sugu mijiedarbības, kas arī uztur trofisko attiecību stiprumu.

sugu vidi veidojošās īpašības, tas ir, sugu līdzdalība vielu sintēzē vai oksidēšanā.

antropogēnās ietekmes virziens.

Tādējādi mehānismi nodrošina nemainīgu biogeocenožu pastāvēšanu, kuras sauc par stabilām. Stabilu biogeocenozi, kas pastāv ilgu laiku, sauc par kulmināciju. Stabilu biogeocenožu dabā ir maz, biežāk sastopamas stabilas - mainīgas biogeocenozes, bet spēj, pateicoties pašregulācijai, atgriezties sākotnējā, sākuma stāvoklī.

Biogeocenozes enerģija vai produktivitāte

Trofiskās ķēdes jēdziens

Primāro organisko vielu sintēze

Saskaņā ar otro termodinamikas likumu visa veida enerģija galu galā tiek pārvērsta siltumā un izkliedēta. Primārās organiskās vielas galvenokārt veido zaļie augi fotosintēzes procesā, šī reakcija ir pretrunā termodinamiskajam gradientam. Enerģija tiek uzkrāta organiskajās vielās, pateicoties fotonu enerģijas pārvēršanai ķīmisko saišu enerģijā. Augi gadā uzglabā enerģiju 20,9 x 10 22 kJ. Tajā pašā laikā organisko vielu sintēzi var veikt baktērijas.

Trofiskā ķēde- veidojas biogeocenozē, secīgi pārvietojoties vielai un līdzvērtīgai enerģijai no viena organisma uz otru. Jo augi veido savu organismu bez starpniekiem, tos sauc par autotrofiem, un tāpēc Tie rada arī primārās organiskās vielas; tos sauc arī par ražotājiem.

Vienkāršas barības ķēdes shēma biogeocenozē.

Organismus, kuri nespēj veidot savu vielu no minerālu komponentiem, šim nolūkam ir spiesti izmantot autotrofu radīto, sauc par heterotrofiem jeb patērētājiem. Ir pirmās, otrās kārtas patērētāji utt. Īsas trofiskās ķēdes - lapsene-zaķis-lapsa. Sarežģītās attiecības starp dažādu trofisko ķēžu kopīgajām saitēm veido trofisko tīklu.

Barošanas procesā visos trofiskā tīkla posmos parādās atkritumi, kurus daļēji vai pilnībā aizvieto sadalītāji. Tās ir baktērijas, sēnītes, vienšūņi, mazie bezmugurkaulnieki u.c., kas savas dzīves aktivitātes procesā visu trofisko līmeņu organiskās atliekas sadala minerālvielās.

Ekoloģiskajā sistēmā notiek nepārtraukta enerģijas plūsma no viena pārtikas līmeņa uz otru. Katrā posmā daļa enerģijas tiek izkliedēta (zaudēta) un tiek kompensēta ar tās piegādi no Saules. Ekosistēmas produktivitāti nosaka noteikta laika vienība (biomasas veidošanās ātrums).

Ir primārā produktivitāte (ražotāju produktivitāte) un sekundārā (patērētāju produktivitāte).

Primārā produktivitāte nepārsniedz 0,5%, sekundārā produktivitāte ir daudz mazāka. Pārnesot enerģiju no vienas saites uz otru, tiek zaudēti līdz pat 99%.

Lai biogeocenoze vai dabiskā ekosistēma atrastos biostatiskā stāvoklī, ir ārkārtīgi svarīgi:

1. Vielas un enerģijas plūsmu līdzsvars un vielmaiņas procesi starp ķermeni un vidi.

2. Biotiskā cikla klātbūtne, ko nodrošina atgriezeniskās saites mehānismi

3. Sugu daudzveidības esamību ekosistēmās un līdz ar to ekosistēmu stabilitāti nosaka trofiskās piramīdas sugu savienojumu skaits.

Ekoloģiskā sistēma

Jēdzienu ekosistēma, biogeocenoze būtība

Bioloģijā tiek izmantoti trīs jēdzieni, kuriem ir līdzīga nozīme:

1. Biogeocenoze(Grieķu "bios" - dzīvība, "geo" - zeme, "tsenos" - vispārīgi) - strukturāla un funkcionāla biosfēras elementārā vienība. Tā ir stabila pašregulējoša ekoloģiska sistēma, kurā organiskās sastāvdaļas (dzīvnieki, augi) ir nesaraujami saistītas ar neorganiskajām (ūdens, augsne). Piemēram, ezers, priežu mežs, kalnu ieleja (8.1. att.). Biogeocenozes doktrīnu 1940. gadā izstrādāja akadēmiķis Vladimirs Sukačovs (8.10. att.).
2. Biogeocenoze - biocenoze, kas tiek aplūkota mijiedarbībā ar abiotiskajiem faktoriem, kas to ietekmē un, savukārt, mainās tās ietekmē. Biocenoze ir sinonīms kopienai, jēdziens viņam arī ir tuvs ekosistēma.
3. Ekosistēma- dažādu sugu organismu grupa, ko savstarpēji savieno vielu cikls.

Katra biogeocenoze ir ekosistēma, bet ne katra ekosistēma ir biogeocenoze. Lai raksturotu biogeocenozi, tiek izmantoti divi līdzīgi jēdzieni: biotops Un ekotops (nedzīvās dabas faktori: klimats, augsne). Biotops- šī ir teritorija, ko aizņem biogeocenoze. Ekotops ir biotops, kuru ietekmē organismi no citām biogeocenozēm.Ekotops sastāv arī no klimats (klimatops) visās tās daudzveidīgajās izpausmēs un ģeoloģiskajā vidē (augsnēs un augsnēs), sauc edafotops. Edafotops- šeit biocenoze smeļas līdzekļus pastāvēšanai un izdala atkritumus.

Biogeocenozes īpašības:

• dabiska, vēsturiski izveidota sistēma;
• sistēma, kas spēj pašregulēties un uzturēt savu sastāvu noteiktā nemainīgā līmenī;
• ko raksturo vielu cirkulācija;
• atvērta sistēma enerģijas ienākšanai un izejai, kuras galvenais avots ir Saule.

8.1. att. Tropu meža biocenoze

8.1.a att. Dīķa biocenoze

Galvenie biogeocenozes rādītāji:

• Sugu sastāvs- biogeocenozē dzīvojošo sugu skaits.
• Sugu daudzveidība- biogeocenozē dzīvojošo sugu skaits uz platības vai tilpuma vienību.

Vairumā gadījumu sugu sastāvs un sugu daudzveidība kvantitatīvi nesakrīt, un sugu daudzveidība ir tieši atkarīga no pētāmās teritorijas.

• Biomasa- biogeocenozes organismu skaits, izteikts masas vienībās. Visbiežāk biomasu iedala (8.2. att.):

· ražotāju biomasa;

patērētāju biomasa;

sadalītāju biomasa

8.2. att. Patērētāju un ražotāju jēdziens

Biogeocenožu stabilitātes mehānismi

Viena no biogeocenožu īpašībām ir spēja pašregulēties, tas ir, saglabāt savu sastāvu noteiktā stabilā līmenī. Tas tiek panākts, pateicoties stabilai vielu un enerģijas cirkulācijai. Paša cikla stabilitāti nodrošina vairāki mehānismi:

• dzīvojamās platības pietiekamība, tas ir, tāds apjoms vai platība, kas nodrošina vienu organismu ar visiem tam nepieciešamajiem resursiem.
• sugu sastāva bagātība. Jo tas ir bagātāks, jo stabilāka uztura ķēde un līdz ar to arī vielu aprite.
• dažādas sugu mijiedarbības, kas arī uztur trofisko attiecību stiprumu.
• sugu vidi veidojošās īpašības, tas ir, sugu līdzdalība vielu sintēzē vai oksidēšanā.
• antropogēnās ietekmes virziens.

Tādējādi mehānismi nodrošina nemainīgu biogeocenožu pastāvēšanu, kuras sauc par stabilām. Tiek saukta stabila biogeocenoze, kas pastāv ilgu laiku kulminācija. Stabilu biogeocenožu dabā ir maz, biežāk sastopamas stabilas - mainīgas biogeocenozes, bet, pateicoties pašregulācijai, spēj atgriezties sākotnējā, sākuma stāvoklī.