Навігація
Посилання


Основи екології та охорони довкілля

4.3. Взаємодії в екологічних системах. Принципи формування екосистем


Між угрупуваннями організмів та абіотичним середовищем екосистеми існують тісні матеріально-ресурсні зв’язки та взаємодії. Ці зв’язки є надзвичайно різноманітними і складними, але за рахунок формування системи “живі організми - абіотичне середовище”, в екосистемах потоки речовини замикаються в кругообіг.

Для підтримання такого кругообігу в екосистемі, потрібний певний запас неорганічних речовин та наявність таких екологічних груп організмів:

- продуцентів - автотрофних організмів, які утворюють органічну речовину з неорганічної. До продуцентів належать вищі рослини, фітопланктон та деякі види бактерій;

- консументів - гетеротрофних організмів, які живляться органічною речовиною або автотрофами, вони не здатні самостійно утворювати органічну речовину із неорганічної. До консументів належать усі тварини, ряд мікроорганізмів, паразитичні рослини;

- редуцентів - сапротрофних організмів, які живляться мертвою органічною речовиною, переводячи її знову в неорганічні сполуки. До в

цієї групи організмів належать бактерії та нижчі гриби, деякі комахи та їх личинки, представники безхребетних.

Усі названі групи організмів у будь-якій екосистемі тісно взаємодіють між собою, впливаючи на потоки енергії й речовини, їхнє спільне функціонування підтримує структуру і цілісність біоценозу, істотно впливаючи на абіотичне середовище.

Загальна схема переносу речовини та енергії в природних екосистемах наведена на рис. 1.11.

Рис. 1.11. Схема переносу речовини (суцільна лінія) та енергії (пунктирна лінія) в природних екосистемах (за Вронським В.А.).

Як видно із рис. 1.11., в межах екосистем здійснюється кругообіг речовини, тоді як потік енергії є однонапрямленим. Слід зазначити, що в різних екосистемах ступені замкнутості біологічного кругообігу речовини неоднакові. Наприклад, для лісу, озера або степу кругообіг речовини є збалансований і характеризується високим ступенем замкненості; для крутосхилу та річок характерним є інтенсивне винесення речовини за межі екосистеми, тому стабільність їх підтримується за рахунок надходження речовини ззовні.

В екосистемах компоненти та елементи, які її складають, доповнюють один одного та взаємно пристосовані, що забезпечує сталість самої системи в часі. В межах екосистеми забезпечується малий кругообіг речовини.

Біологічний кругообіг речовини або малий кругообіг речовини можна уявити наступним чином: із ґрунту і атмосфери неорганічні речовини потрапляють в живі організми з відповідними змінами їх хімічної форми в процесі фотосинтезу, повернення їх в ґрунти і атмосферу в процесі життєдіяльності організмів і з мертвими рештками організмів та повторне потрапляння їх в живі організми після процесів деструкції і мінералізації під впливом редуцентів. Таке уявлення про біологічний кругообіг речовини відповідає біогеоценотичному рівню.

! Слід зазначити, що правильніше говорити про біологічний кругообіг хімічних елементів, а не речовин, оскільки на різних стадіях кругообігу речовини хімічно видозмінюються.

За деякими даними, щорічна

величина біологічного кругообігу зольних елементів (К, Са, ...) в системі ґрунт-рослина значно перевищує величину річного геохімічного стоку цих елементів.

Між організмами в екосистемі існують постійні живильні або трофічні зв’язки, на основі яких формуються ланцюги живлення. Але першою ланкою ланцюгу живлення є рослини, які в процесі фотосинтезу перетворюють світлову енергію Сонця на хімічну з утворенням органічних речовин. Формування трофічних ланцюгів та мережі живлення забезпечує розподіл потоків речовини та енергії в межах екосистеми. При цьому формується інформаційні системи в межах екологічних систем і ця інформація міститься в живих організмах, в їх генетичному коді і здатності адаптуватись до змін умов середовища. Це є основою стабільності та самоорганізації екосистем. Гомеостаз або саморегуляція екосистем забезпечується живими організмами.

Екосистеми постійно розвиваються, а їх динамічність зумовлена як біотичними, так і абіотичними факторами. Якщо розглядати відносно статичні параметри системи, то при більш детальному вивченні виявляється, що вони є динамічними. Дослідження динаміки екосистем потребує багато часу, але на сьогодні доведено і обгрунтовано, що динаміка екосистем реально існує в часі і має ряд закономірностей.

Розрізняють чотири основних стадії розвитку екосистем:

I стадія - поява перших нижчих рослин, наприклад, мохи, лишайники;

II стадія - поява першого ярусу вищих рослин та комах;

III стадія - формування замкнутої системи з елементами ярусності фітоценозу, значним біорізноманіттям тваринного світу, тощо. Формується замкнутий цикл кругообігу речовин;

IV стадія - екологічний клімакс.

Така послідовна зміна біоценозів називається сукцесією. Сукцесія - це послідовна незворотна зміна біоценозів, яка спадково виникає на одній і тій же території в результаті впливу природних або антропогенних факторів. Послідовність співтовариств, які замінюють одне одного в даному просторі, називається стадіями розвитку.

Розрізняють первинні та вторинні сукцесії. Первинні сукцесії починаються на субстратах, які не зазнали впливу процесів ґрунтоутворення, наприклад, скельні породи, піщані дюни, вулканічна лава, тощо. Вторинні сукцесії проходять на ділянках сформованих біоценозів після їх порушення, наприклад, внаслідок пожеж, вирубки лісу, посухи, ерозії, тощо.

Згідно правила максимуму енергії підтримання зрілої системи, сукцесія йде в напрямку фундаментального зміщення потоку енергії в бік зростання її кількості з метою підтримки системи. Будь-яка сукцесія призводить до зростання біорізноманіття, але тільки до стадії екологічного клімаксу.

Знання специфіки сукцесійних стадій дозволяє вести розумну господарську діяльність і більш раціонально використовувати ресурси природних екосистем.

Кінцевою стадією сукцесій є екологічний клімакс. Термін клімакс введений Ф.Клементсом (1916) і під екологічним клімаксом розуміють стабільний стан екосистеми в якому вона підтримує сама себе невизначено довго, а всі внутрішні її компоненти врівноважені один з одним.

При екологічному клімаксі спостерігається рівновага між біотичними і абіотичними компонентами екосистеми на максимально високому рівні потенційної енергії і біорізноманіття: річна продукція і приток речовини ззовні врівноважені річним споживанням, витратами

і виносом речовин із системи, тому чиста річна продукція екосистеми наближається до нуля. Хоча первинна сукцесія може бути різноманітною, наступні сукцесії призводять до зростання видового різноманіття і ускладнення зв’язків всередині системи, але стадія клімаксу є обов’язковою. Наприклад, на болоті свої фази сукцесій, але вони завершуються аналогічним клімаксовим лісом даного типу; надмірний випас худоби може призвести до утворення пустинного співтовариства на тих ділянках, де за умовами локального клімату міг би зберегтись степ.

Отже, на саморегуляційні процеси, які проходять в екосистемах, можуть впливати як природні фактори, так і антропогенні. Концепція клімаксу допомагає зрозуміти відносини співтовариств в їх розвитку під впливом порушень, зумовлених діяльністю людини, і виявити взаємовідносини порушених співтовариств і непорушених.

В зв’язку з тим, що екосистеми є динамічними, прогнозування їх стану є важливим завданням екології. Знаючи динаміку змін основних параметрів екосистем, можна визначати їх стійкість до дії зовнішніх факторів, виявляти негативні тенденції в розвитку, визначати можливе антропогенне навантаження на екосистеми, тощо. Моделювання стану екосистем ускладнюється рядом обставин:

- екосистеми не статичні, а знаходяться в безперервних змінах, які сильно відбиваються на їх структурно-функціональній організації, біологічному різноманітті та стійкості;

- екосистеми є відкритими, вони не можуть існувати без обміну речовиною і енергією з довкіллям. Тому важко врахувати всі випадкові (стихійні) впливи зовнішніх факторів на екосистеми;

- екосистеми є складними, їх внутрішні структури (“розбиття”) взаємо перетинаються;

- складність структури екосистем, яка пов’язана з їх нелінійністю, ускладнює аналітичний розв’язок рівнянь, на яких базується модель розвитку екосистем;

- за рахунок потужного потоку інформації в екосистемах, важко зібрати всю необхідну інформацію про перебіг процесів в них, а також важко виявляти керуючі параметри (слабку ланку);

- екологічні системи володіють частковою незворотністю розвитку (пам’яттю): поведінка екосистеми залежить від попереднього розвитку, тому для передбачення їх поведінки недостатньо знати їх стан в даний момент, а необхідно знати їх попередній стан.

Останнє узгоджується із законом незворотності еволюції: організм не може повернутися до попереднього стану, який реалізований у його предків, який справедливий і для екосистем.


загрузка...