Презентация "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.