Свойства экосистем

Экологические системы за счет наличия в них круговорота веществ обладают определенной степенью устойчивости. Это состояние стабильности получило название гомеостаза.

Кроме того, все экологические системы способны развиваться и изменяться. Эта группа свойств получила название динамизм. К динамическим свойствам экосистемы относится сукцессия и цикличность

Для экосистем характерна смена сообществ. Так, заброшенное поле последовательно заселяется вначале многолетними травами, затем кустарниками, и, наконец, древесной растительностью. Изменение экосистем может происходить под действием разных причин:

– аллогенные изменения (от греч. алло – другой; генио – порождаю) обусловлены действием геохимичесих сил, действующих на экосистему извне (климатические, геологические факторы). Например, ледник в Европе, Тундра↔лес, мамонт↔слон. Сдвиги в экосистемах могут вызывать такие процессы, как эрозия, извержения вулканов, горообразование;

– автогенные изменения обусловлены воздействием процессов, протекающих внутри экосистемы. Их называют развитием экосистемы, или экологической сукцессией. При определении сукцессии учитывают 3 момента:

1) сукцессия происходит под действием сообщества, т. е. биотического компонента экосистемы;

2) сукцессия – это упорядоченное развитие экосистемы, она определенным образом направлена и поэтому предсказуема;

3) кульминацией сукцессии является возникновение стабилизированной экосистемы, в которой на единицу потока энергии приходится минимальная биомасса и максимальное количество межвидовых взаимодействий.

Различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная – когда развитие сообществ идет во вновь образовавшихся местообитаниях, вторичная – в местах, где была уничтожена ранее существовавшая растительность. В условия Беларуси естественная первичная сукцессия имеет следующее направление:

водоем (озеро) → болото → луг → лес

Стабильным сообществом развивающейся серии является климаксное. В таком сообществе минимальна или полностью отсутствует годовая чистая продуктивность органического вещества.

Катастрофический климакс – состояние экосистемы, возникшее вследствие катастрофы (пожар, вредители и т. д.). В этом случае сукцессия повторяется.

Результат сукцессии – установление равновесия между биотическим сообществом и физической средой.

Гомеостаз – способность биологических систем (организма, популяции и экосистем) противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем гомеостатический механизм – это обратная связь. Например, у пойкилотермных животных изменение температуры тела регулируется специальным центром в мозгу, куда постоянно поступает сигнал обратной связи, содержащий данные об отклонении от нормы, а от центра поступает сигнал, возвращающий температуру к норме. В механических системах аналогичный механизм называют сервомеханизмом;например, термостат управляет печью.

Для управления экосистемами не требуется регуляция извне – это саморегулирующаяся система. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством управляющих механизмов. Один из них – субсистема «хищник – жертва». Между условно выделенными кибернетическими блоками управление осуществляется посредством положительных и отрицательных связей. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например чрезмерно увеличивает популяцию жертвы. Отрицательная обратная связь «уменьшает отклонение», например, ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения численности популяции хищников. Если в эту систему вмешиваются другие факторы (например, человек уничтожил хищника), то в результате нарушается саморегуляция и экологическая система может погибнуть из-за перенаселения травоядными, которые уничтожают всю растительность.

Наиболее устойчивы крупные экосистемы, и самая стабильная из них – биосфера, а наименее устойчивы – молодые экосистемы. Это объясняется тем, что в больших экосистемах создается саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия круговоротов веществ и потоков энергии (Ю. Одум, 1975).

Устойчивость экосистем описывается принципом Ле-Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется.

Таким образом, существует группа особей одного вида, длительное время обитающая на одной территории и способная давать плодовитое потомство, которая называется популяцией. Популяции, в отличие от отдельных особей, способны приспосабливаться к изменяющимся условиям окружающей среды за счет различий у отдельных организмов, из которых состоят. Популяции характеризуются рядом признаков, которые определяют их специфику. Эти признаки делятся на пространственные (статические) и временные (динамические). К пространственным характеристикам относятся общая численность, плотность, распределение особей в пространстве, возрастной состав, соотношение полов. Они отражают состояние популяций на какой-либо определенный момент времени. К временным характеристикам относятся смертность и рождаемость. Они отражают состояние популяции во времени. В естественных условиях существует относительное равновесие, или согласованность между рождаемостью и смертностью в популяции, которую называют регуляцией численности популяции.

Популяции живых организмов, обитающие совместно в естественных условиях, образуют биологические сообщества, или биоценозы. Названия биоценозов даются по преобладающему сообществу растений. Биоценозы в сочетании с биотопами образуют биогеоценозы или экосистемы. Функциональная активность экосистем поддерживается за счет наличия круговорота веществ, который обеспечивается за счет передачи веществ и энергии по цепям питания. Сочетание нескольких связанных цепей питания образует сеть питания. Организмы, составляющие цепи и сети питания, выполняют функции продуцентов, консументов и редуцентов. Между ними могут возникать различные виды биотических взаимоотношений – конкуренция, хищничество, паразитизм и несколько видов симбиоза. Экосистема характеризуется наличием ряда признаков: сукцессией – развитием за счет последовательной смены сообществ во времени, цикличностью и гомеостазом – способностью биологических систем (организма, популяции и экосистем) противостоять изменениям и сохранять равновесие.