Динамические процессы в экосистемах

МОСКОВСКИЙ  ПСИХОЛОГО-СОЦИАЛЬНЫЙ ИНСТИТУТ

РЯЗАНСКИЙ ФИЛИАЛ

КАФЕДРА ГУММАНИТАРНЫХ ДИСЦИПЛИН  И СОЦИАЛЬНОЙ РАБОТЫ 
 
 
 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО  ЭКОЛОГИИ 
 
 
 
 
 
 

ТЕМА: ДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ЭКОСИСТЕМАХ 

ВЫПОЛНИЛА СТУДЕНТКА

ГРУППЫ 8С8/4

СЕМЕНОВА  СВЕТЛАНА АЛЕКСАНДРОВНА

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ДУБИКОВА  Т.М. 
 
 
 
 
 

РЯЗАНЬ

2010г. 
 
 
 
 
 
 
 
 

ПЛАН: 

1.Эволюция и  развитие экосистем.

2.Устойчивость  развития сообществ и экосистем. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Сообщества  непрерывно изменяются. Одни организмы  умирают, а на смену им рождаются другие. Энергия и питательные вещества проходят через сообщества бесконечным потоком. А между тем внешний вид и состав большинства сообществ не изменяются: дубы сменяются дубами, дрозды – дроздами и т.д. в непрерывном процессе самовознобления. Если сообщество разрушается, что бывает, например, при выкорчевке леса под пашню, пожаре в прерии или уничтожении кораллового рифа ураганно, восстановление происходит медленно. Виды, первыми приспособившиеся к нарушению местообитанию, последовательно замещаются членами первоначальной ассоциации до тех пор, пока сообщество не достигнет своей прежней структуры и состава.

Последовательная  смена одних сообществ организмов другими, происходящих в нарушенном местообитании, называется сукцессией ( преемственность), а достигаемая в экосистеме, в конечном счете, растительная формация – климаксом. Например, сукцессия зарастающего мелководного озера заканчивается устойчивой болотной стадией.

Сукцессия может быть определена по следующим  параметрам:

- упорядоченность во времени изменений видовой структуры и протекающих в сообществе процессов: такая упорядоченность имеет определенное направление, и следовательно предсказуема;

- наличие  изменений физической среды под  воздействием сообщества, т.е можно  считать, что сукцессия контролируется сообществом, несмотря на то, характер сукцессии, ее скорость и пределы изменений определяются средой;

- стабилизированная,  т.е кульминационная фаза развития  экосистемы характеризуется тем,  что на единицу потока энергии  приходится максимальная биомасса и максимальное количество симбиозов, т.е. протокоопераций и мутуализов между организмами. 
 

Изменения видовой структуры в сукцессиях вызывается тем, что популяции оказывают  определенное воздействие на окружающую среду и тем самым изменяют ее, создают благоприятные условия для других популяций. Подобного рода процессы продолжаются  до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие между биотическими и абиотическими компонентами.

По мере развития экосистемы происходит развитие и пищевых цепей. В процессе развития экосистем происходит также постепенное изменение видового разнообразия как результат межвидовых взаимодействий. Например, на заброшенной пашне сначала появляются травянистые растения, затем -  в результате налета семян – всходы кустарников и деревьев, причем сначала развиваются светолюбивые и быстрорастущие лиственные породы и , лишь по прошествии некоторого времени начинают расти и хвойные породы. Потом хвойные породы могут вытеснить лиственные породы деревьев.

Виды  с высокой скоростью размножения и роста имеют больше шансов выжить на ранних  стадиях экосистем. На поздних стадиях давление естественного отбора благоприятствует видам с более высокой способностью к выживанию в условиях конкуренции.

Экологи различают первичную сукцессию – обоснование и развитие растительных сообществ во вновь образовавшихся местообитаниях, в которых прежде растений не было (на песчаных дюнах, на застывших потоках лавы и т.д.) и вторичную сукцессию – восстановление естественной растительности в какой-либо местности после серьезного разрушения( пожар, извержение вулкана ит.д.). Сукцессия продолжается до тех пор, пока добавление новых видов не вызывает изменение среды развивающегося сообщества. Однако после того как растительность достигнет самой высокой формы роста, какую может поддерживать среда, изменение окружающих условий замедляется. Окончательные размеры биомассы климаксного   

сообщества  ограничены климатом независимо от событий, происходящих в течение сукцессии. 

Устойчивость  – это свойство, внутренне применимое к любым динамическим системам, которое позволяет ей сопротивляться внешним изменениям. Устойчивость сообщества зависит от особенностей реакций составляющих его видов на изменение экологических факторов.

Наглядное представление о концепции устойчивости можно получить при помощи небольшого шарика и сосуда с полукруглым дном. Если лежащий на дне сосуда шарик подтолкнуть вверх, так чтобы он вкатился на стенку сосуда, то под действием силы тяжести он быстро вернётся на дно. Способность системы возвращаться к некоторому определенному состоянию связана с понятием устойчивости равновесия. Если считать, что сосуд является аналогом окружающей среды, действующей на популяцию, то вес шарика можно рассматривать как аналог способности к популяции к стабилизирующим реакциям. Толчок определенной силы приводит к гораздо менее значительному смещению стального шарика, чем мячика для пинг-понга, подобно тому, как внезапное похолодание оказывает меньшее влияние на популяцию медведей, чем на популяцию мух.

Все системы  имеют некие положения равновесия, к которым они стремятся вернуться, будучи отклоненными от них. Однако возмущения могут быть столь сильными, что  превысят уровень реакции системы; можно, например, толкнуть шарик с  такой силой, что он вылетит из сосуда; точно так же популяция насекомых может выйти из под контроля  хищников, в результате чего её численность достигнет максимального уровня.

В экосистемах  можно рассматривать лишь динамические системы, когда речь идёт об устойчивости процессов движения вещества, энергии и информации в этих системах. 
 

Постоянство в природе желательно для человека, т.к. оно дает ему возможность  заранее предсказывать условия  и соответственно планировать свою деятельность. Постоянство климатических  факторов, ресурсов, уровня хищничества и конкуренции снижает расходы на поддержание существования и повышает количество энергии и питательных веществ, которые можно затратить на создание продукции. Большинству организмов было бы выгодно, если бы окружающий мир был более постоянным, а поэтому нельзя предсказать какие блага принесет постоянство отдельной особи или отдельному виду.

Важнейшим свойством экосистем является их устойчивость по отношению к происходящим в них динамическим процессам  обмена веществами, энергией, информацией между всеми компонентами. Состояние динамического (подвижного) равновесия в экосистемах получило название гомеостаза. Гомеостаз обеспечивается действием обратных связей. Рассмотрим условную экосистему, включающую популяции волков и оленей. Волки хищники, поедают оленей – жертву. Если численность оленей потеем или иным причинам растет, то волки, питающие только этой жертвой имеют тоже возможность увеличить свою численность. Так проявляется действие положительной обратной связи. А действие отрицательной обратной связи проявляется следующим образом, т.к. волки питаются только оленями, то они тем самым снижают численность последних.

Одно  из наиболее обычных последствий  нарушений структуры сообщества заключается в том, что общее  число видов при этом снижается, но зато численность популяций некоторых из выживающих видов достигает необычайно высоких уровней.

Для каждого  сообщества, находящегося в состоянии  динамического равновесия,  характерно определенное сочетание числа видов  на каждом трофическом уровне. После  того или иного нарушения в сообществах обычно вновь восстанавливается свойственная для каждой из них структура. 

Ни одна экосистема не бывает абсолютно стабильной, например, и на поздних стадиях  развития экосистем происходят периодические  колебания численности популяций некоторых видов, но подобные процессы не выводят экосистему из состояния общего равновесия.

Гомеостаз естественных экосистем в конечном счете, возможен потому, что естественные экосистемы являются открытыми, т.е. непрерывно получают даровую энергию от Солнца. Поэтому сбалансированность биологического круговорота, т.е. устойчивость экологических систем, согласно теории управления, обеспечивается обратными связями. В естественной экологической системе все время поддерживается равновесие, исключающие необратимое уничтожение тех или иных трофических звеньев. Например, волк может догнать не каждого оленя, но и не каждый олень может убежать от волка, что по Дарвину представляет естественный отбор. При некоторых условиях обратные связи могут нарушаться, при этом происходит разбалансирование экосистемы, которое может быть обратимым и необратимым, т.е. в соответствии с теорией управления в каналах обратной связи возникли помехи. Под влиянием помех происходит естественный отбор, т.е. особи некоторые погибнут или не дадут потомства, которые слабые, а более стойкие выживут и передадут свою наследственную информацию потомкам. Стабильность экосистемы определяется числом связей между видами в пищевой сети. В силу производственной необходимости человек постоянно создает помехи (выброс загрязняющих веществ, вырубка леса, отстрел животных, осушение болот и т.д.) как для отдельных звеньев, так и для экосистемы в целом.

Экологические системы можно подразделить на частичные  и предельные. Например, отстрел  животных или вылов рыбы – помехи частные, т.к. они оказывают влияние только на пищевые цепи, не разрушая сети в целом. Вырубка леса или распашка целины полностью ликвидирует экосистемы и, в  
 

лучшем  случае приводит к созданию новых  на их месте, а в худшем – к  эрозии почв.

В настоящее  время на Земле практически не осталось экологических систем, не подверженных в той или иной мере влиянию производственной деятельности человека. Интенсивность создаваемых  экологических помех обуславливается  их направленным действием. Эти помехи отличны от случайных естественных помех, они не являются фактором эволюционного отбора, т.к. живые организмы к ним не успевают приспособиться.