Стабільність і стійкість екосистем

Піраміди енергії.

Піраміда чисельності. Якщо представити кормовий ланцюг хижаків у вигляді прямокутників однакової висоти, розташованих один на одному, довжина яких пропорційна кількості особин у кожному трофічному рівні (особин на 1 м² в рік), то отримаємо фігуру, яку називають пірамідою чисельності. Вона тим вища, чим більша кількість трофічних рівнів включає даний ланцюг. Оскільки кількість особин від першого трофічного рівня до останнього звичайно зменшується, піраміда має форму трикутника, оберненого вершиною догори. У кожній екосистемі дрібні тварини кількісно перевищують і розмножуються швидше.

Піраміда біомас дає можливість показати розміщення біомаси відповідних організмів на кожному трофічному рівні організації. Як правило, цей показник розраховують в грамах сухої маси. У випадку кормового ланцюга хижаків біомаса організмів має звичайно форму трикутника з вершиною, зведеною догори.

Через відсутність розмірності часу часто ці піраміди можуть бути перекинуті, тобто низькі трофічні рівні мають меншу щільність і (або) меншу біомасу, ніж високі. Така піраміда характерна для багатьох водних екосистем, в яких біомаса фітопланктону поступається біомасі зоопланктону, але швидше оновлюється.

Піраміда енергій. Цей тип пірамід є найкращим для графічного зображення трофічної структури біоценозу. Піраміда енергії дає найповніше уявлення про функціональну організації угруповання та відображає картину швидкостей проходження маси їжі через харчовий ланцюг.

Продуктивність екосистеми

Основним показником продукції біоценозів є біомаса – кількість живої речовини біоценозу, яка виражена в питомих одиницях маси (г/м2, кг/га, г/м3) або в енергетичних одиницях (Дж/м2, Дж/м3).

Біологічна продукція біоценозу (або просто продукція) – біомаса, вироблена біоценозом за певний період часу.

Валова первинна продукція біоценозу (ВПП) – біомаса (енергія), вироблена продуцентами за одиницю часу.

Чиста первинна продукція = ВПП-Дихання

Вторинна продукція – біомаса (енергія), синтезована гетеротрофними організмами за одиницю часу на величину площі (об'єму).

Вторинна продукція = Асимільована енергія – Дихання

 

Динаміка біоценозів.

Будь який біоценоз динамічна єдність, незважаючи на достатню стабільність його структури. У ньому постійно відбуваються зміни стану і життєдіяльності особин, їх взаємин. Всі зміни можуть бути віднесені до двох типів: 1) циклічні, або періодичні, 2) неперіодичні.

Сукцесія -закономірний історичний процес послідовної зміни певного біоценозу іншим в результаті спрямованої зміни абіотичного оточення.

Ряд нестійких біоценозів, які змінюють один одного в часі, називається серією, а самі біоценози - серіальними стадіями. Термінальна, стабільна стадія сукцесії називається клімаксною стадією або просто клімаксом. Теоретично клімаксний біоценоз здатний підтримувати сам себе необмежено довго і він знаходиться в рівновазі з фізичним оточенням.

Виділяють два основних типи сукцесії:

1) автотрофні сукцесії - це сукцесії, що починаються з стану, коли продукція більше витрат на дихання. Вони протікають за участю як автотрофів, так і гетеротрофів;

2) гетеротрофні сукцесії - це сукцесії, що починаються з стану, коли продукція менше витрат на дихання. Вони протікають за участю лише гетеротрофів і мають місце тільки в умовах, коли є запас або надходження органічної речовини (забруднені водойми, купи компостів, печери, трупи тварин, гниле дерево та ін).

Автотрофні сукцесії в залежності від місця, на якому вони починаються, поділяються на первинні та вторинні.

Механізми регуляції екосистемних процесів

Принцип Ле Шательє-Брауна - при зовнішньому впливі, яке виводить систему зі стану стійкої рівноваги, ця рівновага зміщується в напрямку, при якому ефект зовнішнього впливу зменшується. Розроблений спочатку для умов хімічної рівноваги, цей принцип став застосовуватися для опису поведінки самих різних систем, що самопідтримуються.

Усі біологічні та екологічні системи є саморегульованими системами зі здатністю до самоорганізації та накопичення упорядкованості. Механізми регуляції забезпечують стійкість системи та її адекватні зміни в умовах середовища, які постійно змінюються. В основі регуляції будь-яких процесів лежить механізм зворотного зв'язку. Якщо вихідні параметри системи впливають на вхідні, то система регулюється петлею зворотного зв'язку. Якщо зростання вихідних параметрів призводить до зростання вхідних, має місце позитивний зворотній зв'язок, у протилежному випадку - негативний.

Стабільність і стійкість екосистем

Стійкістю називається властивість системи зберігати притаманні їй риси і особливості (склад і структуру) за умов впливу факторів, що виводять систему зі стану рівноваги. Рівень досягнутої стабільності досить різноманітний і залежить як від жорсткості навколишнього середовища, так і від ефективності внутрішньо системних механізмів управління.

Розрізняють два типи стійкості - пружну і резистентну.

Пружна стійкість - цей тип стійкості притаманний системам, котрі у відповідь на збурюючий вплив виходять зі стану рівноваги, але з припиненням дії цього чинника повертаються до вихідного стану.

Резистентна стійкість - система зберігає притаманні їй структурно-функціональні особливості до певної межі (певних значень) збурюючого чинника; але коли його інтенсивність перевищить певну (критичну) межу - система виходить зі стану рівноваги, до якого вона вже не зможе повернутися навіть після повного припинення збурюючого впливу.

У природних умовах зазвичай екосистеми мають переважно один тип стійкості, що забезпечується цілою низкою відповідних адаптацій. Кількісна оцінка меж стійкості екосистем має виключно важливе практичне значення в екологічному прогнозуванні. Часто доводиться прогнозувати зміни в екосистемах у відповідь на різні антропогенні навантаження. Це і є, по суті, оцінкою стійкості екосистем при різних інтенсивностях впливу на них.