динаміка екосистеми
Динаміка екосистеми - розвиток біоценозу в часі, зміна його видової структури і протікають в ньому процесів в результаті:- внутрішніх впливів - відмирання або витіснення одних видів іншими, наприклад, старі дерева відмирають, падають і перегниває, а спочивають поруч до пори до часу в грунті насіння проростає, даючи новий цикл розвитку життя
- зовнішніх впливів - фактори зовнішнього середовища, вирубка лісу, вплив катастроф, наприклад, урагану, пожежі
Багаторічна динаміка екосистем
Послідовність спільнот (зоо, мікробо-, фіто-, мікоценозов), що змінюють один одного в часі на одній і тій же території під впливом природних факторів або впливу людини, носить назву сукцесії, а їх перехідні стани - послідовних стадій (стадії розвитку).
Спостерігати сукцесію можна на занедбаних полях раннього віку, піщаних дюнах або піщаних морських і річкових берегах. Якщо розглядати сукцесію на кинутих землях, які не використовуються в сільському господарстві, то можна бачити, що колишні поля швидко покриваються різноманітними однорічними рослинами. Сюди ж можуть потрапити, подолавши іноді великі відстані за допомогою вітру або тварин, насіння деревних порід: сосни, ялини, берези, осики.
Спочатку зміни відбуваються швидко. Потім, у міру появи рослин, що ростуть повільніше, швидкість сукцессии знижується. Сходи берези утворюють густу поросль, яка затінює грунт, і навіть якщо разом з березою проростають насіння ялини, її сходи, опинившись в досить несприятливих умовах, сильно відстають від березових. Світлолюбна береза є серйозним конкурентом для ялини. До того ж специфічні біологічні особливості берези дають їй переваги в рості. Березу називають "піонером лісу", так як вона майже завжди першою поселяється на порушених землях і володіє широким діапазоном пристосовності.
Берези у віці 2-3 років можуть досягати висоти 100-120 см, тоді як ялина в тому ж віці ледве дотягують до 10 см. Поступово, до 8-10 років берези формують стійке березове насадження висотою до 10-12 м. Під розвиваються пологом берези починає підростати і ялина, утворюючи різного ступеня густоти підріст. Зміни відбуваються і в нижньому, трав'яний-кустарничковом ярусі. Постепено, у міру змикання крон берези, світлолюбні види, характерні для початкових стадій сукцесії, починають зникати і поступаються місцем тіньовитривалим.
Змішаний ялицево-березовий ліс поступово змінюється лісом ялиновим. Ялина переганяє в рості березу, створює значну тінь, в результаті і світлолюбна береза поступово випадає з деревостану. Таким чином відбувається сукцесія, при якій спочатку березовий, потім змішаний ялицево-березовий ліс змінюється чистим ялинником. Природний процес зміни березняка ялинником триває понад 100 років. Саме тому іноді процес сукцесії називають вікової зміною.
розрізняють сукцесію- первинну - розвиток спільнот йде на новоутворених, раніше ніким і нічим не заселених місцях проживання, - на піщаних дюнах, застиглих потоках лави, породах, що оголилися в результаті ерозії або відступу льодів.
Жити на такому грунті здатні лише деякі рослини, їх називають піонерами сукцесій. Типові піонери - мохи та лишайники. Вони змінюють грунт, виділяючи кислоту, яка руйнує і розпушує камені. Відмирають мохи та лишайники під дією бактерій-редуцентов розкладаються, а їх залишки перемішуються з пухким кам'янистим субстратом (піском). Поступове накопичення органічних залишків рослинного походження призводить до формування ґрунту, в результаті чого стає можливим проростання і зростання дрібних укореняющихся однорічних трав'янистих рослин, потім багаторічних трав, чагарників і дерев, наприклад, вільхи і верби. На коренях вільхи знаходяться бульби - спеціальні органи, які містять симбіотичні бактерії, які фіксують атмосферний азот і сприяють накопиченню в грунті великих його запасів, за рахунок чого грунт стає все більш родючою. Тепер на ній вже можуть рости дерева, наприклад сосна, береза і ялина. Так поступово відбувається наростання видового різноманіття фітоценозів і ускладнення їх ярусности.
У природі первинні сукцесії зустрічаються порівняно рідко і тривають значно довше вторинних - до декількох століть. Головна причина такого повільного ходу первинних сукцесій - необхідність руйнування материнської гірської породи і повільне збільшення товщини грунтового шару в міру сукцесії.
Таким чином, рушійною силою сукцесії є те, що рослини змінюють грунт під собою, впливаючи на її фізичні властивості і хімічний склад, так що вона стає придатною для видів-конкурентів, які витісняють первинних мешканців, викликаючи зміну спільноти - сукцесію.
Прикладом первинної сукцесії є також відродження життя на залитих потоками лави схилах вулкана.Прикладом вторинної сукцесії є, наприклад, заростання покинутого поля. До таких сукцесій може привести, наприклад, часткове знищення лісу хворобами, ураганом, землетрусом або пожежею. Більшість сукцессии, які спостерігаються в даний час, є сукцесії антропогенними (від грец. Anthropos - людина), тобто що відбуваються в результаті впливу людини на природні екосистеми. Це випас худоби, рубка лісів, виникнення вогнищ загоряння, розорювання земель, затоплення грунтів, опустелювання і т.п.
Вторинна сукцесія триває кілька десятків років. Вона починається з того, що на звільненому ділянці грунту з'являються однорічні трав'янисті рослини. Це - типові бур'яни: кульбаба, осот, мати-й-мачуха та інші. Їх перевага в тому, що вони швидко розростаються і роблять насіння, пристосовані до поширення на далекі відстані за допомогою вітру або тварин. Однак уже через два-три роки їх витісняють конкуренти - багаторічні трави, а потім - чагарники і дерева, перш за все осика. Ці породи затінюють землю, а їх великі кореневі системи забирають з грунту всю вологу, так що проросткам видів, першими потрапили на поле, стає важко рости. Однак сукцесія на цьому не зупиняється; за осикою з'являється сосна; а останніми - повільно зростаючі тіньовитривалі породи, наприклад ялина або дуб. Через сто років на цій ділянці відновлюється то співтовариство, яке було на місці поля до зведення лісу і оранки землі.
Прикладом вторинної сукцесії може служити і освіту торф'яного болота при заростання озера. Зміна рослинності на болотах починається з того, що краю водойми заростають водоростями. Вологолюбні види (очерет-тростина, осока) починають розростатися поблизу берегів суцільним килимом. Поступово створюється більш-менш щільний шар рослинності на поверхні води. Відмерлі залишки рослин поступово накопичуються на дні водойми. Через малу кількість кисню в застійних водах загиблі рослини повільно розкладаються і поступово перетворюються в торф. Починається формування болотного біоценозу. З'являються сфагнові мохи, на суцільному килимі яких поселяються журавлина, багно, лохина. Тут же можуть поселятися сосонки, утворюючи рідкісну поросль худих дерев. Поступово, з плином часу, утворюється екосистема верхового болота.
В міру ускладнення спільноти ускладнюються і зв'язку між популяціями. Найвищою точкою, або кульмінацією, розвитку є стабілізована система, головним чином за рахунок стабілізації структури рослинності, в якій на одиницю наявного потоку енергії припадає максимальне біомаса організмів.
Таке відносно стійке і збалансоване по відношенню до зовнішнього середовища рослинне співтовариство носить назву клімаксовие спільноти (від грец. Klimax - сходи) і являє собою заключну стадію розвитку біоценозу. Клімаксовие співтовариство може існувати невизначено довгий час - до тих пір, поки будь-який вплив ззовні (оранка землі, рубка лісу, пожежа, виверження вулкана, повінь) знову не порушить його природну структуру. У разі руйнування спільноти в ньому почнеться сукцесія - повільний процес відновлення вихідного стану.
Розвиток сільського господарства супроводжується повним знищенням рослинного покриву на величезних площах для того, щоб звільнити місце для невеликої кількості відібраних людиною видів, найбільш придатних для харчування. Використання синтезованої енергії при механічній обробці землі, використанні добрив і пестицидів призводить до відсутності стабільності агроценозів, в результаті чого вони набагато більшою мірою, ніж природні ценози (ліс, луг, пасовища), схильні до ерозії, вилуговування, засолення і навалі шкідників. Без участі людини агроценози зернових та овочевих культур існують не більше року, ягідних рослин - 3-4, плодових культур - 20-30 років. Потім вони розпадаються або відмирають.
Перевагою агроценозів перед природними биогеоценозами є виробництво необхідних для людини продуктів харчування і великі можливості збільшення продуктивності. Однак вони реалізуються тільки при постійній турботі про родючість землі, забезпеченні рослин вологою, охорони культурних популяцій сортів і порід рослин і тварин від несприятливих впливів природної флори і фауни.
Одним із шляхів підвищення продуктивності агроценозів служить меліорація грунтів [показати].
Меліорація - це докорінне поліпшення земель. Вона підвищує родючість грунту, покращує її водний і тепловий режим, регулює мікроклімат в приземному шарі повітря, створює сприятливі умови для зростання, розвитку рослин і отримання стійких і високих врожаїв. На відміну від звичайних агротехнічних прийомів (оранка, боронування і т.д.), які проводяться щорічно, меліорація надає тривале, корінне вплив на землю і являє собою цілу систему організаційно-господарських. технічних та інших заході.
Основні цілі сільськогосподарської меліорації - поліпшення сільськогосподарських угідь, підвищення врожайності, стійкості сільськогосподарського виробництва, зменшення залежності врожайності від явищ природи. На осушуваних та інших землях застосовують культурно-технічну меліорацію: очищення землі від каменів, дерев і чагарників, купин і моху, вирівнювання поверхні з засипанням ям, оранку і оброблення пласта. Для окультурення грунтів проводять хімічну меліорацію - вапнування кислих ґрунтів, внесення добрив. Засолені грунти промивають, вносять в них гіпс для нейтралізації найбільш шкідливих солей.
У боротьбі з ерозією допомагає агролісомеліорація: посадка лісових смуг по межах полів і вздовж каналів для зниження швидкості вітру, пристрій ставків та інших водойм, що затримують стікання води. Сучасна меліорація включає також природоохоронні заходи (пристрій водойм і переходів через канали для диких тварин, збереження лісів і ін.).
На жаль, в більшості випадків меліорація зводиться до осушенню перезволожених земель, що часто призводить до небажаних наслідків, прикладом чого є меліорація Белоукраінского Полісся.
Також з метою підвищення продуктивності агроценозів використовуються нові технології вирощування рослин, впроваджуються новостворені врожайні сорти і здійснюються інші заходи. Так, в Міжнародному інституті рису (на Філіппінах) для тропічних і субтропічних районів створені високоврожайні сорти рису і пшениці, що дозрівають за 120 діб (замість 150 - 180 діб як раніше). Це дозволяє отримувати 2 - 4 врожаю цих культур в рік.
Добова динаміка екосистем. Складові будь-яку екосистему види неоднаково реагують на фактори зовнішнього середовища. Тому одні з них більш активні в денний час доби, інші - до вечора і вночі. Добова динаміка відбувається в спільнотах всіх зон - від тундри до вологих тропічних лісів.
Найчіткіше добова динаміка виражена в природних зонах з різким коливанням факторів середовища на протязі доби. Наприклад, в пустелі життя влітку в полуденний час завмирає, хоча деякі тварини і проявляють певну активність.
У помірній зоні в денний час панують комахи, птахи і деякі інші тварини. У сутінковий і нічний час активними стають нічні комахи, наприклад, Бражник, комарі, багато ссавців, з птахів - Дрімлюги, сови та ін. Добова динаміка простежується і у рослин. Більшість покритонасінних розкривають свої квітки тільки в денний час. Однак у деяких рослин спостерігається збільшення життєвої активності до ночі. Так, ввечері посилюється аромат такий представниці сімейства орхідейних, зустрічається в наших лісах, як любка дволиста, що служить для залучення нічних комах-запилювачів.
Надзвичайно цікаве добове явище спостерігається у представників тваринного планктону (зоопланктону) в морях і прісних водоймах. Вдень вони тримаються на глибині, а вночі піднімаються в поверхневі шари.
Сезонна динаміка екосистем визначається зміною пір року. Це виражається в зміні не тільки стану і активності організмів окремих видів, але і їх співвідношення. В першу чергу сезонна динаміка зачіпає видовий склад. Несприятливі сезонні погодні умови змушують багато видів мігрувати в райони з кращими умовами існування. У видів же, що залишаються зимувати в екосистемі, значно змінюється їх життєва активність. Більшість видів дерев і чагарників на зиму скидає листя. Припиняється активний розподіл клітин освітньої тканини. Вегетативні органи однорічних рослин відмирають. У багаторічних трав життєздатними залишаються тільки коренева система і зимуючі бруньки, прикриті від замерзання ґрунтом і сніжним покровом. Деякі види осілих тварин впадають в сплячку, попередньо накопичивши запаси енергетичної сировини - жиру. Інші ведуть взимку активний спосіб життя і здатні забезпечити себе кормом.
Таким же чином до зміни сезонів року пристосувалися і тварини. Навесні у них з'являється потомство. Активізація життєвих процесів припадає на літній період, а восени вони вже починають готуватися до майбутньої зимівлі.