Презентация "Саморазвитие экосистемы"


Подписи к слайдам:
Саморазвитие экосистемы

Саморазвитие экосистемы

Цель

  • Сформировать представление о развитии и смене биогеоценозов.
  • Задачи
  • Познакомиться с понятием «экологическая сукцессия», её видами, природой и механизмом.
  • Получить представление о стадиях сукцессионных изменений.
  • Определить характер воздействия человека на развитие экосистем.
  • Выяснить каково значение знаний о сукцессиях для человека.

Понятие смены биогеоценоза

  • Наблюдая за каким-либо биогеоценозом в течение ряда лет, можно заметить, что в нём меняются условия жизни, появляются новые виды, подчас обладающие сильными средообразующими свойствами, что сказывается на взаимоотношениях видов, входящих в биогеоценоз, и на его структуре.
  • Одни изменения непродолжительны=>сообщество легко восстанавливает свою стабильность
  • Другие приводят к существенным изменениям общей структуры биогеоценоза, замене господствующих видов. =>Изменяются строение и особенности взаимоотношений между организмами. =>Биогеоценоз становится качественно отличным от того, который был раньше: с новым типом круговорота веществ, иной направленностью потока энергии, новым составом видов и особым ритмом их развития, с иной продуктивностью.

В природе существуют как стабильные, так и нестабильные экосистемы

  • Стабильные – длительно существующие устойчивые экосистемы (дубрава, ковыльная степь, ельники тёмнохвойной тайги)
  • Нестабильные – пустоши, сырые луга, мелкие водоёмы

Что произойдёт с пахотным полем, если его прекратить возделывать?

Что произойдёт с сообществом после пожара?

Что произойдёт с сообществом при постепенном зарастании озера?

Что такое сукцессия?

  • Сукцессия – последовательная смена одних сообществ другими на определённой территории в результате действия природных факторов или воздействия человека.
  • Учение о сукцессии разработали американские ботаники Г. Коулес в 1899 г. и Ф. Клементс в 1916 г.
  • Ф. Клементс

Сукцессия управляется самим сообществом

  • Не зависит от местоположения
  • Не зависит от видовой принадлежности составляющих её организмов.
  • Сукцессия – это закономерный и направленный процесс.

Чем может быть вызвана смена сообщества?

  • Естественный путь
  • Изменение
  • климата
  • Суточные изменения
  • Почвообразование
  • Природные
  • катаклизмы
  • Сезонные изменения
  • Деятельность
  • самих организмов
  • Эволюционные изменения
  • Изменение
  • рельефа
  • Изменение
  • гидрологического
  • режима

Чем может быть вызвана смена сообщества?

  • Деятельность человека
  • Может продлить
  • жизнь сообщества
  • (оазис в пустыне,
  • рекультивация
  • земель и т.д.)
  • Сократить жизнь
  • сообщества
  • (вырубка леса,
  • осушение болот,
  • загрязнение
  • окружающей среды,
  • распашка
  • степей и т.д.)

Экологические сукцессии обусловлены

  • Экзогенетическая
  • смена – действие
  • внешних
  • геохимических сил
  • (ураган, землетрясение,
  • пожары, изменение
  • рельефа, изменение почвы, изменение гидрологического режима, деятельность человека и т.д.)
  • Эндогенетическая смена – внутренние противоречия (резкое увеличение численности одного из видов, изменение связей, новые адаптации организмов, изменение структуры сообщества.

1938 г. В.Н. Сукачёв

  • экзогенетическая смена 
  • эндогенетическая смена
  • Итог: формирование сообщества,
  • наиболее адаптированного по
  • отношению к комплексу
  • климатических условий.

Какова основная причина неустойчивости экосистем?

  • Несбалансированный круговорот веществ. Деятельность одних организмов не компенсируется деятельностью других. Условия среды изменяются. Популяции одних видов вытесняются другими, для которых новые условия экологически более выгодны.
  • Биогеоценозы со сбалансированным круговоротом веществ могут существовать бесконечно долго, пока внешние силы не выведут их из состояния равновесия.

Равновесие в биоценозах бывает трёх типов

  • Общее дыхание сообщества - это суммарные энергозатраты.
  • 1. В идеальном случае процессы продуцирования уравновешиваются процессами дыхания. Биомасса организмов остаётся постоянной, а сама система неизменной, или равновесной
  • Создание веществ = расходу веществ
  • (замкнутое сообщество)
  • 2. Создание веществ + приток извне = расходу веществ
  • (открытое сообщество)
  • 3.Создание веществ + изъятие < расхода веществ
  • (сельскохозяйственные экосистемы)

Изменение количества биомассы в экосистеме

  • Прибыль
  • Убыль
  • Расход энергии < прироста биомассы продуцентов => накопление органического вещества, избыток ресурсов. Появятся виды, которые смогут их освоить.
  • Расход энергии > прироста биомассы. Недостаток ресурсов.
  • Часть видов вымирает.

Главная особенность экологической сукцессии

  • Изменения сообщества всегда происходят в направлении, возвращающем его к равновесному состоянию.
  • В экологических системах уравновешиваются процессы создания и разрушения органического вещества автотрофами и гетеротрофами за счёт деятельности множества видов.
  • Каждая стадия сукцессии представляет собой сообщество с преобладанием тех или иных видов и жизненных форм. Они сменяют друг друга, пока не наступит состояние устойчивого равновесия.

Основные типы сукцессионных изменений

  • 1. По выраженному автотрофному типу (поле → лес), т.к. в первый момент появляются автотрофные организмы.
  • 2. По гетеротрофному типу (загрязнение реки органическими удобрениями).

Поле → лес

Загрязнение реки органическими удобрениями

Автотрофная и гетеротрофная сукцессии

  • Пример стадии автотрофной сукцессии — лес вырастает на месте залежи
  • Пример стадии гетеротрофной сукцессии — заболоченный луг

Классификация сукцессий

  • Прогрессивные – в ходе которых повышается продуктивность и видовое богатство.
  • Регрессивные – носят обратный характер.
  • Природные – естественные.
  • Антропогенные – участвует человек.
  • Постоянные и непостоянные – по масштабу времени, обратимости.
  • Первичные - начинаются на лишённом жизни месте.
  • Вторичные – развиваются на месте существовавшего ранее сообщества.

Первичная сукцессия - начинается на лишённом жизни месте.

  • Заселение
  • Осыпей
  • Сыпучих
  • песков
  • Отмелей
  • Отвалов,
  • созданных
  • человеком
  • Голых скал
  • Искусственных
  • водоёмов

Первичная сукцессия

Первичная сукцессия

Стадии заселения новых пространств при первичной сукцессии (скорость невелика, длительна по времени 200-300 лет и более)

  • Выветривание горных пород
  • Разрушение горных пород лишайниками, накопление органических и минеральных веществ
  • Появление травянистых растений
  • Появление кустарников
  • Формирование комплекса видов, характерных для данного типа экосистем
  • Появление в экосистеме устойчивости и саморегуляции

Вторичная сукцессия – развивается на месте ранее существовавшего сообщества

  • 1. Нарушения экосистемы происходят после:
  • Лесного пожара
  • Рубки леса
  • Вспашки целины
  • Раскорчевки площадей, занятых лесом
  • Устройства пруда и т.д.
  • 2. Скорость восстановления сообщества выше, чем при первичной сукцессии, т. к первичное сообщество оставляет после себя достаточное количество питательных веществ, развитую почву.
  • 3. Продолжительность по времени меньше (150-200 лет), чем при первичной сукцессии.

Вторичная сукцессия

Вторичная сукцессия (антропогенное воздействие)

Стадии развития вторичной (восстановительной) сукцессии

  • Изменение территории
  • Внесение новых видов животных и растений
  • Адаптация организмов
  • Формирование нового сообщества

Общая картина вторичной сукцессии на покинутом сельскохозяйственном участке

Сообщества изменяются во времени =>значение сукцессии

  • Сменяется видовой состав (соперничество за ресурсы)
  • Смена доминирующих видов
  • Повышение видового разнообразия
  • Увеличивается время жизнедеятельности видов
  • Увеличение биомассы органического вещества
  • Изменяется обилие тех или иных групп организмов
  • Изменяется трофическая структура
  • Изменяется пространственная структуры
  • Изменяется морфологическая структура
  • Изменяется продуктивность сообщества и все остальные показатели. Снижение скорости прироста биомассы и увеличение количества энергии, требуемой для поддержания жизни.
  • Меняется облик сообщества и функционирование экосистемы

Продолжительность сукцессии определяется

  • Структурой
  • сообщества
  • Видом
  • сукцессии
  • Природными
  • катаклизмами
  • Физическим
  • окружением
  • Периодическими
  • изменениями
  • климата
  • Возрастом
  • сообщества
  • Масштабом
  • сукцессии

Стадии развития, сукцессионный ряд

  • Последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном сообществе
  • В сукцессионном ряду каждый сериальный биоценоз представляет собой определённую стадию конечного сообщества – климаксного.

Коренной биогеоценоз

  • Биогеоценоз, характеризующийся устойчивым стабильным состоянием и большим разнообразием видов, находящийся в равновесии с окружающей средой и способный поддерживать самого себя долгое время, называют коренным или конечным.

Формирование елового леса

  • Процесс формирования елового леса как коренного сообщества занимает не менее 80—120 лет. Иногда в силу особых почвенно-климатических условий эта смена затягивается на более длительный срок, надолго задерживая появление ценного в биологическом и хозяйственном отношении елового леса

Временные биогеоценозы

  • Временные биогеоценозы не могут долго находиться в состоянии устойчивого равновесия =>
  • Быстро заменяются другими.
  • Средообразующая деятельность основных видов такого биогеоценоза производит настолько глубокие изменения в биотопе, что жизнь их самих и многих сопутствующих им видов становится невозможной.
  • Появляются условия для внедрения новых видов, в том числе обладающих сильными средообразующими свойствами. Часто такие виды оказываются ведущими компонентами другого, нового биогеоценоза, который со временем и заменит предыдущий.
  • Временные биогеоценозы характеризуются неполнотой биологического круговорота
  • Отличаются небольшой продолжительностью существования и потому называются «временными».

Н.Ф. Реймерс

  • Механизм сукцессии заключается в том, что биотическое сообщество, создавая биосреду и поддерживая её, постепенно «стареет». Накапливаются условия для его деградации из-за того, что возникают предпосылки для образования более сложного сообщества или более соответствующего условиям среды. «Постаревшее сообщество закономерно сменяется другим, вплоть до образования стабильной экосистемы.

Масштабы сукцессии

  • Крупномасштабные и долгосрочные
  • Мелкомасштабные и кратковременные (земляные выбросы кротов, завалы деревьев в лесу, сусликовины в степях, днища высохших луж и т.д.)

Зрелое сообщество и молодое сообщество

Сравнительная характеристика зрелых и молодых сукцессионых стадий

  • Зрелое сообщество (лес)
  • Молодое сообщество (пахотные земли)
  • Достигнуто состояние равновесия, стабильность
  • Высокая насыщенность организмами
  • Разнообразная трофическая структура
  • Уравновешенность между энергией, получаемой извне и используемой для поддержания жизни
  • Противостоит изменениям физических факторов и некоторым видам химических загрязнений
  • Энергия, доступная организмам, тратится на поддержание жизни
  • Не достигнуто состояние равновесия
  • Небольшая насыщенность организмами
  • Менее разнообразна трофическая структура
  • Более уязвимы по отношению к внешним факторам
  • Способно продуцировать новую биомассу в гораздо больших количествах
  • Человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество

Вековые смены экосистем

  • Биогеоценозы находятся в постоянном развитии
  • Даже хорошо сложившееся коренное сообщество, хотя и довольно медленно, изменяется. Такие сукцессии охватывают очень длительные периоды времени, поэтому их называют вековыми сменами экосистем.
  • Они происходят в связи с изменением климата на планете, рельефа и других свойств поверхности Земли.
  • Вековые смены начинаются не с заселения не занятых жизнью местообитаний, а с перестройки внутренних связей уже сложившихся и функционирующих биогеоценозов. Этот процесс сопровождается и эволюцией самих видов, появлением среди них более адаптированных к новым условиям.
  • Вековые смены отражают историю развития биосферы.
  • Развитие и смена живого покрова на нашей планете, многообразие видов и биогеоценозов тесно связаны с вековыми сменами, идущими на Земле с момента появления на ней живого вещества и биосферы.

Важно осознавать последствия экологических нарушений, совершаемых в погоне за экономической выгодой

  • Нужно уделять одинаковое внимание зрелым и молодым сукцессионным стадиям.
  • Человек может сократить или продлить жизнь сообщества.
  • Необходимо нормировать антропогенную нагрузку на сообщество.
  • Превращение нашей биосферы в один обширный ковёр пахотных земель таит в себе огромную опасность.
  • Определённые ландшафты должны быть представлены естественными сообществами.