Формування, розвиток і зміна екосистеми

Екосистеми формуються під впливом біотичних і абіотичних факторів. Абіотичні фактори: 2 абіотичних фактора середовища (температура і кількість опадів) визначають розміщення на земній поверхні основних наземних популяцій. Волога - основний фактор визначає поділ екосистем на лісові, степові і пустельні. Це відбувається наступним чином: річна сума опадів нижче 1000 мм відповідає стресовій зоні для багатьох видів дерев, а межа стійкості для них становить близько 750 мм на рік. У той же самий час у злаків межа стійкості нижче 250 мм на рік, а кактуси здатні виростати при 50-100 мм в рік. Відповідно в місцях з кількістю опадів понад 750 мм на рік розвиваються лісу, від 250-750 мм - степи, в інших випадках пустелі.

Температура також важлива для визначення характеру екосистеми, проте її роль менше в порівнянні з опадами. При кількості опадів 750 мм на рік температура лише визначає який саме ліс буде формуватися в регіоні. Від температури залежить швидкість випаровування води: чим тепліше, тим швидше втрачається випала волога, тому в жарких регіонах пустелі змінюються лісами при більшій сумі опадів, ніж треба.

Дія інших абіотичних факторів (рельєф, вітер, тип грунтів) відбувається опоследовательно через температуру і вологість. У ряді випадків в якості лімітує факторів виступає не тільки температура і опади, але і інші абіотичні чинники. Наприклад: високу засоленість берега море витримують не всі види рослин.

У ролі лімітує фактора нерідко виступають і біотичні чинники, ті шляхом впливу одних видів на інші. Так при річній сумі опадів вище 750 мм на рік умова для розвитку злаків досить сприятливі, проте така ж вологість сприяє і зростанню дерев затемняющих злаки, що призводить до загибелі останніх. Таким чином, фактор перешкоджає розвитку злаків на території є біотичних, а саме конкуренцією рослин може так само обмежуватися грибами - паразитами і тваринами.

Фізичні бар'єри - море, гірські хребти, пустелі. Саме їх наявність пояснює той факт, що екосистеми, що розвиваються на різних континентах, на далеких від них островах в подібних абіотичних умовах можуть сильно відрізнятися за своїм видовим складом. Необхідно відзначити, що не один з факторів не діє самостійно. Наприклад, посуха може призвести до загибелі птахів, а це викличе зростання комах, спричинить за собою масове ураження рослин, які служать їжею інших консументів.

Існування екосистеми підтримується дуже тонким взаємодією лімітують факторів, що впливають на всі види організмів. Не можна змінить який-небудь фактор не торкнувшись існування всіх елементів екосистеми. Отже, зміна будь-якого (біотичного або абиотического) фактора має неминуче приводити в дію ланцюгову реакцію з далекосяжними наслідками.

Принцип функціонування екосистеми

1) продуценти, консументи, детритофаги взаємодіють один з одним, поглинають і виділяють різні речовини. Органіка і кисень утворені продуцентами - якраз, то що потрібно консументам для харчування і дихання, а що виділяється консументами вуглекислий газ і мінеральні речовини - те, що потрібно продуцентів. Саме тут видно основний принцип функціонування екосистеми: отримання ресурсів і позбавлення від відходів відбувається в рамках кругообігу всіх речовин.

2) Потік енергії в екосистемах повністю відповідає закону термодинаміки. Можна говорити про системи перетворення енергії з однієї форми в іншу, а саме енергії сонця в енергію фотосинтезу, а її в інші форми у міру проходження ланцюга. На кожному рівні частина потенційної енергії вивільняючись дозволяє організму здійснювати життєві функції, ті працювати і паралельно втрачається у вигляді тепла. Таким чином мова йде про потік енергії через екосистему. Це є 2 принципу: екосистема живе за рахунок не забруднюючої середу і практично вічної сонячної енергії, кількість якої щодо постійно і надлишково.

3) Зниження біомаси з ростом трофічного рівня. Будь-яку популяцію живих організмів можна розглядати як біомасу, яку щороку збільшується за рахунок розкладання організмів і за рахунок зростання і одночасно скорочується за рахунок їх природної загибелі і споживання консументами. Якщо вона на постійному рівні, як це буває в стабільній екосистемі, значить, фітофаги з'їдають за рік не більше того, що виробляють продуценти. Якщо вони можуть з'їдати більше популяція продуцентів в кінці кінців зникне. По-друге, існує частка, споживана консументами, яка не засвоюється і повертається в екосистему в вигляді екскрементів. Якщо при цьому врахувати, що більша частина перевареної їжі витрачається на вироблення енергії, стає зрозумілим, чому загальна маса продуцентів у багато разів більше ніж у травоїдних тварин. Теж саме пояснюється при переході з одного трофічного рівня на інший. Це пояснює 3й основний принцип стійкості і функція: чим більше маса популяції, тим нижче повинен бути заповнюється нею трофічний рівень.

Основою рівноваги є рівновага популяцій.

Популяцією називається група особин перехресних один з одним і таким чином розмножуються. Стабільність популяції означає, що народжуваність в ній врівноважується смертю. Іншим фактором веде до зростання популяції є здатність тварин мігрувати, а насіння розсіюватися в потрібному для життя місці на нових територіях. Наявність у популяцій захисних механізмів - наступний фактор і стійкість їх до несприятливих умов середовища і хвороб.

Сукупність усіх цих чинників називається біотичних потенціалом. При сприятливих умовах середовища биотический потенціал достатній для стрімкого збільшення чисельності популяції, так званий популяційний вибух. У природних умовах таке буває рідко. Зазвичай один або кілька абіотичних факторів (температура, кислотність, вологість) або біотичних (присутність хижаків, нестачі їжі), стає лімітуючим. Поєднання таких факторів, що лімітують називається опір середовища. Таким чином, зміна популяції будь-якого виду - результат порушення рівноваги між біотичних потенціалом і опором середовища. Стійкість екосистем в цілому, визначається рівновагою біотичного потенціалу і опору середовища Рівновага в природних системах підтримується в межах деякого діапазону, ті фактор опору середовища залежить від щільності популяції. Якщо щільність зростає, опір середовища посилюється, в зв'язку з цим збільшується смертність і зростання чисельності припиняється або навіть змінюється її спадом, і навпаки.

Розглянемо на прикладі хижак - жертва. Коли чисельність жертви невисока, їжі і зручних укриттів досить, чисельність популяції починає рости, не дивлячись на присутність хижака. З ростом популяції жертви поліпшуються умови для хижака і його чисельність зростає. Незабаром популяція жертви починає відчувати опір середовища (нестача їжі, безліч хижаків) і їх чисельність починає зменшуватися. Виживають тільки сильні особини жертви. Шанси їх зловити у хижаків знижуються. Вони відчувають нестачу їжі та чисельність хижаків зменшується, починається зростання популяції жертви і процес триває і тд. Теж саме в рівновазі продуцент - фітофага.

Вплив людини на природу нерідко призводить до вимирання популяції, тк сила впливу не залежить від їх щільності. Руйнування людиною екосистем, зміна місця проживання, забруднення середовища і надмірна експлуатація ресурсів однаково впливають на популяцію як з низькою так і з високою щільністю.

Наприклад. В Австралії в 1980-х роках завезли кроликів для спортивного полювання. Після дощів виросло багато трави, що викликало зростання популяції кроликів, які і знищили всю траву і посіви. Місцевих хижаків для кроликів немає.

Природні екосистеми існують тривалий час і мають певною стабільністю, але будь-яка екосистема відчуває повільне, але постійна зміна в часі. Постійно відбувається витіснення одних видів іншими - субцессія.

Первинна субцессія - процес розвитку і зміни екосистеми на незаселених раніше ділянках. Приклад: заміна озерної екосистеми лісом. Так струмки і ріки впадаючи у водойму приносять частки грунту, які осідають на дно, коли донні відкладення виявляються близькі до поверхні води, з'являються латаття, коріння яких добре скріплюють наноси. Нарешті наносів ставати стільки, що він оголюється з під води, що він стає доступним для заселення деревами і травами - наземна екосистема поступово замінює озерну. Поступово озеро повністю заростає лісом.

Вторинна субцессія - процес відновлення екосистеми, яке колись існувало на цій території. Наприклад, якщо поле на місці вирубаного тут лісу перестати обробляти, то зазвичай за кілька стадій тут знову сформується лісова екосистема типова для даного району.

Як для первинної, так і для вторинної субсцессіі необхідні насіння і спори рослин, а так само тварини які можуть заселити екосистему. Для вторинної субсцессіі необхідно щоб з самого початку був родючий шар грунту. Якщо він знищений, то субсцессія піде шляхом первинної. Субсцессія завершується стадією коли всі види екосистеми розмножуючись зберігають відносну чисельність і подальшої зміни її складу не відбувається. Таке рівноважний стан називають клімаксом, а екосистему клімаксовие.

У різних абіотичних умовах формуються різні клімаксовие екосистеми. У жаркому кліматі - пустелі і тд. Наскільки швидко змінюються екосистеми (за роки або 1000-річчя) залежить від ступеня зсуву рівноваги. При субсцессіях зміна відбувається повільно і поступово, проте можливі і раптові різкі зміни, що викликають популяційний вибух деяких видів за рахунок загибелі більшості інших. У таких випадках говорять про екологічний порушенні. Воно можливо, наприклад при вторгненні в екосистему нових видів (про кроликів, скидання в воду нечистот - викликає бурхливе зростання водоростей). Нарешті зміни можуть бути настільки різкими, що не один компонент екосистеми не зберігається - говорить про її загибелі. На звільняються місці в наслідку можуть оселиться інші види, які здатні витримати нові умови, вони починають нову субсцессію. Важливо відзначити, якщо не брати до уваги виверження вулканів, землетруси, то всі зміни екосистем протікають поступово по типу субсцессіі. Тоді як втручання людини буває різким, що призводить до загибелі екосистеми.

Формування і розвиток

Первісні люди жили дрібними племенами мисливців - збирачів, полюючи на тварин і збираючи різну їжу, і покидали територію в міру виснаження їжі. Такі мисливці-збирачі нічим не відрізнялися від інших всеїдних консументов природних екосистем. Однак приблизно 10000 років тому відбулася важлива подія - з'явилося сільське господарство. Люди стали створювати свою власну екосистему, відмінну від природної. У людини з'явилася можливість забезпечувати себе їжею, людина навчилася виробляє продовольство, боротися з хижаками, будувати житло. Таким чином позбавлення від природних факторів, що лімітують (їжа, вода, хижаки) дозволило людської екосистемі вирости і поширяться по всій землі. Цей процес продовжується до цих пір.