Экологическое равновесие экосистем

Многие экосистемы существуют в течение десятков и даже сотен лет.

Устойчивостью экосистем называется их способность противостоять колебаниям внешних факторов окружающей среды и сохранять свою структуру. Устойчивая экосистема возвращается в исходное состояние после того, как она была выведена из равновесия. Различают два типа устойчивости: резистентную и упругую.

Резистентная устойчивость − это способность экосистемы возвращаться в равновесное состояние, сохраняя свою структуру и функции.

Упругая устойчивость − способность системы быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функций.

Система в большинстве случаев не обладает двумя типами устойчивости. Большинство систем являются либо устойчивыми, либо резистентными, либо упругими. Например, некоторые породы деревьев сравнительно устойчивы к огню, но, если сгорают, то практически не восстанавливаются (высокая резистентная, но низкая упругая устойчивость). Наоборот, травянистые насаждения быстро сгорают и легко восстанавливаются (высокая упругая устойчивость).

Основная причина устойчивости экосистем − сбалансированность потоков вещества и энергии, процессов обмена между организмами и окружающей их средой. Устойчивая экосистема должна в необходимом количестве получать вещества из окружающей среды и избавляться от отходов. От способа поддержания устойчивости экосистемы, они делятся на открытые и закрытые.

В открытые экосистемы непрерывно поступают энергия и вещество из окружающей среды, равновесие в них поддерживается самопроизвольно.

В закрытых экосистемах отсутствует обмен вещества и энергии с окружающей средой. Система неспособна избавляться от отходов, поэтому равновесие в этом случае может поддерживаться искусственно.

Экологическое равновесие - это относительное постоянство видового состава биоценоза, численности живых организмов, их продуктивности, распределения в пространстве, а также биологического круговорота веществ и других биологических процессов в экосистеме, приводящее к длительному существованию данной экосистемы. Экосистема не может быть абсолютно стабильной, так как в ней периодически увеличивается численность одних видов и уменьшается численность других, но подобные процессы происходят периодически и не выводят систему из состояния равновесия. Поэтому, главная особенность экологического равновесия является его подвижность. Различают два типа подвижности равновесия:

- обратимые изменения в экосистеме - это изменения, которые происходя с сохранением видового состава;

- экологические сукцессии (лат. succesio - преемственность, наследование) - это последовательная смена одной экосистемы другой, возникающих на одной и той же территории или акватории (биотопе). Основой каждой сукцессии является неполнота биологического круговорота в экосистеме. Сукцессии в природе очень разнообразны, они протекают с различной скоростью. Сукцессия, которая начинается на свободном ранее участке (голом грунте, скале, песке) называется первичной. Например, заселение возникших в результате вулканической деятельности островов. Или зарастание голой скалы сначала лишайниками, затем мхами, травами и другими растениями. В процессе первичной сукцессии формируются не только фитоценозы (греч. phyton - растение, koinos - общий), т.е. растительные биоценозы, но и почва.

Вторичная сукцессия - это восстановление экосистем, когда-то уже существовавших на данном биотопе. В таких местах обычно сохраняются богатые жизненные ресурсы. Поэтому вторичные сукцессии приводят кобразованию биоценозов значительно быстрее, чем первичные.

В зависимости от причин, вызвавших смену экосистем, сукцессии делят на аутогенные и аллогенные.

Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменением среды под действием сообщества), аллогенные (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).

Кроме того, различают автотрофную и гетеротрофную сукцессии.

Автотрофная сукцессия происходит под воздействием солнечной энергии, при этом в сообществе преобладают автотрофные организмы. В ходе автотрофной сукцессии происходит усложнение сообщества, повышение устойчивости экосистем.

Примером автотрофной сукцессии является экосистема, которая начинает восстанавливаться на лесном пожарище (рис.5). Через 1−2 года участок пожарища зарастает травой, через несколько лет появляются первые кустарники, через 20 − 25 лет территория покрывается лесом: сначала лиственным, а затем вырастают тенелюбивые хвойные.

Первый год

1 − 2 года

3 − 25 лет

25 − 100 лет

Более 100 лет

Рис.5. Автотрофная сукцессия на лесном пожарище

Гетеротрофнаясукцессия характерна для тех случаев, когда в экосистеме присутствует избыток органических веществ (загрязненные водоемы, гниющие растительные останки и т.п.) В сообществе в этом случае преобладают гетеротрофные организмы, поэтому запас энергии уменьшается. В результате гетеротрофной сукцессии происходит или гибель всех организмов, или значительное упрощение сообщества.

Пример гетеротрофной сукцессии − «старение» водоемов.

Выделяют развивающуюся и зрелую сукцессии, которые характеризуются различными свойствами и разной степенью устойчивости.

Зрелые системы обладают большей способностью сохранять вещества в обменном фонде. Круговороты в них в основном замкнуты. Повышение устойчивости экосистем в ходе сукцессии приводит к тому, что каждая последующая стадия длиться дольше предыдущей. Зрелые системы являются самыми устойчивыми во времени.

На последних стадиях сукцессии обычно образуются стабильные сообщества, которые называются климаксовым.

Климаксовое сообщество, климакс (греч. klimax - лестница) характеризуется самой высокой продуктивность и самым большим разнообразием. В климаксовом сообществе превращение энергии происходит наиболее эффективно. Таким образом, климаксовый биоценоз находится в состоянии гомеостаза.

Гомеостаз это пособность популяции или экосистемы поддерживать подвижно-устойчивое равновесие при изменении условий окружающей среды.

Механизм поддержания гомеостаза основан на двух принципах:

- принцип цикличности заключается в многократном использовании биогенных веществ в экосистеме. Это делает практически неисчерпаемыми запасы минеральных веществ в экосистеме.

- принцип «обратной связи» заключается в том, что отклонение экосистемы от состояния равновесия приводит в действие силы, возвращающие ее в равновесное состояние.