Устойчивость природных экосистем

Основные типы экосистем и их динамика

Дидактическая единица 5

· ТЕМА 11: ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ

Методические рекомендации

Тема «Динамика и устойчивость экосистем» позволяет провести предварительное обобщение и повторение материала значительной части курса «Общая экология».

Дидактические материалы раздела «Основные типы экосистем» приводятся в учебном пособии «Введение в экологию», книга 1 (Глазачев С.Н., Косоножкин В.И.).

ВАША ОЦЕНКА по 100-балльной шкале (дидактическая единица 5)

Таблица 5.

Календарно-тематический план аудиторных занятий по дидактической единице 5

Глава XI

Динамика и устойчивость экосистем (тема 11)

ДИНАМИКА И УСТОЙЧИВОСТЬ ЭКОСИСТЕМ (конспект лекции и хрестоматия)

Устойчивость природных экосистем

Биогеоценоз (элементарная экологическая система) по определению В.Н. Сукачёва – «<...> внутренне противоречивое, диалектическое единство, находящееся в постоянном движении и развитии». Постоянство экосистем относительно, они непрерывно изменяются. Мы говорим о стабильности, постоянстве экосистемы при отсутствии значительных, принципиальных изменений, причём за короткий (в геологическом масштабе) отрезок времени.

Устойчивость природных экосистем (по Н.В. Дылису, 1978):

- Под устойчивостью биогеоценозов (элементарных экосистем) следует понимать сохранение структурно-функциональной организации их в неизменном или мало измененном состоянии в течение достаточно продолжительного времени. Это свойство природных биогеоценозов есть результат длительного эволюционного процесса. В ходе его, с одной стороны, совершенствовались сами организмы, с другой – шла взаимная подгонка организмов и популяций друг к другу и к косной среде (упрощенно: в результате естественного отбора сохранялись не только самые совершенные организмы, но и самые эффективные биоценозы и экосистемы).

- В результате современные природные биогеоценозы приобрели известный запас прочности и с помощью отрицательных обратных связей выработали способность сохранять тип своей структуры и ритмы работы даже при значительных изменениях внешних условий.

- В силу исторически сформировавшейся прочности организации современные природные биогеоценозы оказываются способными к многократному восстановлению по присущему «унаследованному» ими типу организации при разного рода разрушительных воздействиях со стороны внешних факторов. Например, на месте распаханной ковыльной степи при прекращении использования постепенно через ряд стадий восстанавливается исходный тип ковыльной степи.

- Устойчивость экологических систем не имеет, однако, абсолютного характера; систем, всегда себе равных, не изменяемых, не существует. Устойчивость их относительна и ограничена определенными отрезками времени, разными для разных биогеоценозов.

- Наиболее устойчивые биогеоценозы – природные, занимающие в пространстве возвышенные местообитания, на которых они развились естественным путем. Их современная организация лучше других подогнана к зональным климатическим условиям, и они наиболее автономны в своем функционировании. Такие наиболее устойчивые биогеоценозы (экосистемы) получили название климаксовых.

Ю. Одум (1986) подчёркивает информационную, кибернетическую (от греч. kybernetike – искусство управления) природу устойчивости естественных экосистем: «Помимо потоков энергии и круговоротов веществ... экосистемы характеризуются развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, связывающих все части системы и управляющих ею как одним целым». Всё многообразие гомеостатических механизмов в экосистемах он подразделяет на два основных типа:

1) механизмы, основанные на существовании в системе отрицательной обратной связи;

2) механизмы, связанные с избыточностью функциональных элементов в системе.

Отрицательные обратные связи стабилизируют экосистему: «При внешнем воздействии на систему, находящуюся в динамическом равновесии, система реагирует таким образом, чтобы ослабить эффект внешнего воздействия» – принцип Ле Шателье.

Наряду с действием механизмов обратной связи, устойчивость экосистемы может обеспечиваться избыточностью функциональных элементов или экологическим дублированием (Одум, 1986). Например, если фотосинтез в экосистеме осуществляют три группы растений, имеющих различные температурные оптимумы, то суммарная интенсивность фотосинтеза на выходе может оставаться относительно постоянной даже при изменении температуры на входе (рис 11.1).

Рис. 11.1. Поддержание стабильности в экосистеме при избыточности функциональных элементов (по Одуму, 1986 с изменениями, пояснения в тексте).

Исходя из принципа избыточности, можно предположить, что устойчивость экосистем будет возрастать с увеличением видового разнообразия их биоценозов. Во многих случаях это утверждение справедливо, однако специальные исследования показывают, что в определенных (часто экстремальных) условиях окружающей среды наиболее устойчивы те сообщества, которые включают небольшое число специализированных видов организмов.

Безусловно, определяющую роль в процессах стабилизации и регуляции экосистемы и окружающей среды играет биотическое сообщество (биоценоз). В ходе эволюции различные виды организмов приобрели следующие хорошо вам известные способности:

1) адаптации к изменению параметров окружающей среды;

2) целенаправленного изменения и регулирования окружающей абиотической среды (образование почвы, поддержание постоянства рН, концентраций биогенов и параметров микроклимата);

3) авторегуляции плотности численности популяции;

4) образования надорганизменных биологических систем (симбиотических мутуалистических систем, консорций, сообществ и биоценозов);

5) выполнения специализированной работы по поддержанию системы (разделение на продуцентов, консументов и редуцентов, формирование неперекрывающихся экологических ниш у доминирующих видов, дифференциация «стратегий жизни» (виолентов, эксплерентов, патиентов, передвигающихся и непередвигающихся организмов), а также многие другие особенности, позволяющие осуществлять процессы авторегуляции.