Гомеостаз и сукцессия экологической системы

Министерство образования и  науки Российской Федерации

 
Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение 
высшего профессионального образования

Национальный минерально-сырьевой университет «Горный»

 

 

Кафедра Геоэкологии.

 

Реферат

 

                               По дисциплине: Общие проблемы экологии.

        На тему:  гомеостаз и сукцессия экологической системы.

 

 

    Выполнил: студент  гр. ЭП-10      ______________          /Кречетов А.Ю./

                                                                                   (подпись)                      (Ф.И.О.)  

      

   Дата: __________________

    Проверил:     доцент                       ______________          /Исаков А.Е./

                                 (должность)                          (подпись)                     (Ф.И.О.) 

 

Санкт-Петербург

2012

 

 

 

 

 

 

 

Содержание:

                                                                                                                                                                                                                                                                                         

1. Введение………………………………………………………...…3                          
2. Понятие экологической сукцессии и ее признаки………………3
3. Причины сукцессий ………………………………………….. ….4
4. Виды сукцессий …………………………………………………...4
5. Общие закономерности сукцессионного процесса ……………..6
6. Гомеостаз экологической системы ………………………………7
7. Механизмы гомеостаза: обратная связь………………………….8
8. Заключение ……………………………………………………….10
9. Список литературы………………………………………………11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                  Введение.

Естественные экосистемы существуют в течение длительного  времени – десятков и даже сотен  лет, то есть обладают стабильностью  во времени и пространстве. Для  поддержания стабильности экосистемы необходима сбалансированность потоков  вещества и энергии, процессов обмена веществ между организмами и  окружающей их средой. Но ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной: например, регулярно увеличивается численность  популяций одних видов животных и растений, но уменьшается численность  других. Подобные процессы имеют определенную периодичность, но в целом не выводят  систему из равновесия.

 

                       Понятие экологической сукцессии и её признаки.

 

           Экологическая сукцессия (лат. sukcedo - следовать) - это последовательная смена во времени биоценозов, т. е. природных сообществ определенного участка земной поверхности.

Сукцессии - это постепенные  необратимые направленные изменения  в экосистемах, протекающие в  результате внешних и внутренних причин на одной и той же территории под влиянием природных факторов или воздействий человека.

 

1. Сукцессия - это упорядоченный  процесс последовательной смены  природных сообществ, связанный  с изменением их видовой структуры  и протекающих в сообществе  процессов.

 

2. Она происходит в  результате изменения физической  среды, во-первых, под действием  самого же развивающегося сообщества. Во-вторых, сукцессия протекает под  влиянием изменения внешних факторов: влажности, температуры, количества  осадков, состава почвы, солнечной  радиации.

 

3. Кульминацией развития  сукцессии является климакс стабилизированная  экосистема, эффективность преобразования  энергии Солнца в биомассу  максимальна и когда максимально  возможное количество видов и  популяций флоры и фауны, а  также связей между ними: пищевых  (трофических), территориальных (топических) и др.

 

 

 

 

    Причины  сукцессий.

Сукцессионные смены обычно связывают с тем, что существующая экосистема (сообщество) создает неблагоприятные  условия для наполняющих ее организмов (почвоутомление, неполный круговорот веществ, самоотравление продуктами выделения  или разложения и т.п.). Такие явления  реальны, но не объясняют всех случаев  смен экосистем. Например, в северных лесах внедрение под полог  лиственных древесных сообществ  ели связано прежде всего с  тем, что последняя использует биологические  свойства первых по слабому притенению почвы. Сами же почвенные условия  остаются не только благоприятными для  лиственных древостоев, но и постепенно улучшаются для них ( идет накопление питательных веществ, уменьшается  кислотность и т.п.). Следовательно, здесь нет оснований говорить о самоотравлении или других подобных причинах смен.

 

Не подтверждается безоговорочно  и точка зрения о том, что появление  ели под пологом лиственных лесов  и древостоев связано с тем, что  в молодом возрасте этот вид требует  затенения. Известно, например, что  ель и в молодом возрасте прекрасно  растет при полном освещении (значительно  лучше, чем под пологом других древесных видов). Об этом, в частности, свидетельствуют многочисленные примеры  создания культурных фитоценозов ели (посадкой молодых растений или посевом  семян) на открытых площадях.

 

                                          Виды сукцессий.

Сукцессии, с которыми мы познакомились на примере лесной зоны, называют первичными по той причине, что они начинаются с исходно  безжизненного пространства (субстрата). Кроме отвалов горных пород, такие  сукцессии могут начинаться на песчаных обнажениях, продуктах извержения вулканов (застывшая лава, отложения пепла) и т.п.

 

Наряду с первичными выделяют вторичные сукцессии. Последние  отличаются от первичных тем, что  они начинаются обычно не с нулевых  значений,а возникают на месте  нарушенных или разрушенных экосистем. Например, после вырубок лесов, лесных пожаров, при израстании площадей, находившихся под сельскохозяйственными угодьями. Основное отличие этих сукцессий  заключается в том, что они  протекают несравненно быстрее  первичных, так как начинаются с  промежуточной стадии (трав, кустарников  или древесных растений-пионеров) и на фоне более богатых почв. Конечно, вторичная сукцессия возможна только в тех случаях, если человек  не будет оказывать сильное и  постоянное влияние на развивающиеся  экосистемы. В последнем случае, как отмечалось выше, процесс пойдет по схеме дегрессий и завершится стадией катоценоза и опустынивания  территорий.

 

Различают также автотрофные  и гетеротрофные сукцессии. Рассмотренные  выше примеры сукцессий относятся  к автотрофным, поскольку все  они протекают в экосистемах, где центральным звеном является растительный покров. С его развитием  связаны смены гетеротрофных  компонентов. Такие сукцессии потенциально бессмертны, поскольку все время  пополняются энергией и веществом, образующимися или фиксирующимися в организмах в процессе фотосинтеза  либо хемосинтеза. Завершаются они, как отмечалось, климаксной стадией  развития экосистем.

 

К гетеротрофным относятся  те сукцессии, которые протекают  в субстратах, где отстутствуют живые  растения (продуценты), а участвуют  только животные (гетеротрофы) или мертвые  растения. Этот вид сукцессий имеет  место только до тех пор, пока присутствует запас готового органического вещества, в котором сменяются различные  виды организмов-разрушителей. По мере разрушения органического вещества и высвобождения из него энергии  сукцессионный ряд заканчивается, система распадается. Таким образом, эта сукцессия по природе своей  деструктивна. Примерами гетеротрофных  являются сукцессии, имеющие место, например, при разложении мертвого дерева или трупа животного. Так, при разложении мертвого дерева можно  выделить несколько стадий смен гетеротрофов. Первыми на мертвом, чаще ослабленном  дереве, поселяются насекомые-короеды. Далее их сменяют насекомые, питающиеся древесиной (ксилофаги). К ним относятся  личинки усачей, златок и других. Одновременно идут смены грибного населения. Они имеют примерно следующую  последовательность: грибы-пионеры (обычно окрашивают древесину в разные цвета), грибы-деструкторы, способствующие появлению  мягкой гнили, и грибы-гумификаторы, превращающие часть гнилой древесины  в гумус. На всех стадиях сукцессий  присутствуют также бактерии. В конечном счете органическое вещество в основной массе разлагается до конечных продуктов: минеральных веществ и углекислого  газа. Гетеротрофные сукцессии широко осуществляются при разложении детрита (в лесах он представлен лесной подстилкой). Они протекают также  в экскрементах животных, в загрязненных водах, в частности, интенсивно идут при биологической очистке вод  с использованием активного ила, насыщенного большим количеством  организмов.

 

 Общие закономерности сукцессионного процесса.

Для любой сукцессии, особенно первичной, характерны следующие общие  закономерности протекания процесса:

 

1. На начальных стадиях  видовое разнообразие незначительно,  продуктивность и биомасса малы. но по мере развития сукцессии  эти показатели возрастают.

2. С развитием сукцессионного  ряда увеличиваются взаимосвязи  между организмами. Особенно возрастает  количество и роль симбиотических  отношений. Полнее осваивается  среда обитания, усложняются цепи  и сети питания.

 

3. Уменьшается количество  свободных экологических ниш,  и в климаксном сообществе  они либо отсутствуют, либо  находятся в минимуме. В связи  с этим по мере развития  сукцессий уменьшается вероятность  вспышек численности отдельных  видов.

4. Интенсифицируются процессы  круговорота веществ, поток энергии  и дыхание экосистем.

 

5. Скорость суцессионного  процесса в большей мере зависит  от продолжительности жизни организмов, играющих основную роль в сложении  и функционировании экосистем.  В этом отношении наиболее  продолжительные сукцессии в  лесных экосистемах. Короче они  в экосистемах, где автотрофное  звено представлено травянистыми  растениями, и еще быстрее протекают  в водных экосистемах.

6. Неизменяемость завершающих  (климаксных) стадий сукцессий относительна.

 

Динамические процессы при  этом не приостанавливаются, а лишь замедляются.

Продолжаются динамические процессы, обуславливаемые изменениями  среды обитания, сменой поколений  организмов и другими явлениями. Относительно большой удельный вес  занимают динамические процессы циклического (флуктуационного) плана.

7. В зрелой стадии климаксного  сообщества биомасса обычно достигает  максимальных или близких к  максимальным значений. Неоднозначна  продуктивность отдельных сообществ  на стадии климакса.

 

Гомеостаз экологической  системы.

 

  Состояние подвижно-стабильного  равновесия экосистемы носит  название гомеостаза ("гомео”  – тот же, "стазис” – состояние).

 Экосистема может устойчиво  функционировать только в пределах  той области нарушения обратных  связей, когда ее элементы еще  могут компенсировать отклонения, определяемые положительной обратной  связью (Рис. 10).

 

 

 

 

Область устойчивости экосистемы называется гомеостатическим плато (см. рис).

Механизмы гомеостаза: обратная связь.

Для пояснения, что такое  обратная связь в экологии рассмотрим условную простую экосистему, состоящую  из двух графических уровней "олень  – волк”. В этой системе хищники  поедают жертв. Если численность  жертвы растет, то хищник, который питается только этой жертвой, тоже увеличивает  свою численность (объем популяции). В этом проявляется положительная  обратная связь, которая стремится  вывести систему из равновесия. Но поскольку волк ест оленей, то он, естественно, снижает численность  популяции оленей. В этом проявляется  отрицательная обратная связь, которая  стремится вновь вывести систему  из равновесия. Если же численность  волка почему-то из-за каких-либо стрессовых причин резко возрастает, то он, соответственно, снизит и численность оленя, и  в конце концов сам будет поставлен  перед условием ограничения собственной  численности (из-за недостатка пищи), но стабильность системы в целом  не нарушится.

 Таким образом, область,  в пределах которой механизмы  обратной связи способны, не смотря  на стрессовые воздействия, сохранить  устойчивость системы, хотя и  в измененном виде, называют гомеостатическим  плато.

 

 В пределах (верхнем  и нижнем) действия обратных связей  экосистема за счет компенсаторных  регуляторов сохраняет устойчивость, причем в условиях антропогенных  нагрузок для функционирования  экосистем человек должен сам  играть роль компенсаторного  регулятора (озеленяя землю, очищая  воздух, воду и т.д.)

 Таким образом, гомеостаз  – важнейшее условие существования  любой экосистемы, однако, в разных  сообществах его признаки и  закономерности неодинаковы.

 Например, в естественном  биогеоценозе гомеостаз поддерживается  тем, что такая система открыта,  то есть непрерывно получает  энергию из окружающей среды.  Так, к растениям непрерывно  поступает солнечная энергия.  Ассимиляция сопровождается диссимиляцией,  накопление вещества – его  постоянным распадом.

 Антропогенная (созданная  человеком) экосистема не может  рассматриваться как открытая. Например, в экосистеме искусственного  аэрационного сооружения для  очистки сточных вод (аэротенке): при непрерывном поступлении  сточных вод содержащиеся в  них вещества накапливаются в  аэротенке, а концентрация активного  ила снижается и его становится  недостаточно для сорбирования  вредных веществ. В итоге равновесие  экосистемы нарушается, качество  очистки снижается и система  перестает работать. Для того, чтобы  система сохраняла режим работы, человек сам поддерживает ее  гомеостаз за счет нагнетания  воздуха (аэрации), периодического  обновления ила.