Экологическая сукцессия

В каждой данной области наблюдается закономерная последовательность ценозов, которые сменяют друг друга, следуя за изменениями условий среды, что приводит в конечном счете к установлению стабильного ценоза - климаксу. Климат и другие физические факторы безусловно играют в ней известную роль, однако в какой-то мере направление сукцессии определяется характером самого биоценоза, так как деятельность каждого сообщества приводит к тому, что та или иная местность становится мало подходящей для видов, входящих в состав данного биоценоза и более подходящей для других видов.

Для биоценозов характерна ярко выраженная вертикальная зональность. В лесном фитоценозе можно различить несколько последовательных ярусов растительности: мхи и травы, кустарники, низкорослые деревья и высокие деревья. Каждому из этих ярусов свойственна определенная фауна; такие подвижные животные, как птицы, приурочены к определенным ярусам; например, одни птицы живут только в кустарниках, а другие - только на вершинах высоких деревьев.

Естественные экологические факторы окружающей среды оказывают большое влияние на расселение растений и животных, на процессы обмена веществ, роста, воспроизводства, формирования морфологических признаков, на структуру популяций и биогеоценозов. Влияние экологических факторов среды на организмы определяется точкой приложения экологических факторов к обменным процессам.

Организм и среда, настолько зависимые явления, что невозможно рассматривать отдельно эволюцию жизни и эволюцию окружающей среды. Это единая система, что в процессах ее существования вырабатываются характерные адаптации у организмов к среде, включаемые в число фенотипических реакций, обогащающих систему жизнь-среда. В этой системе устанавливаются по отношению к экологическим факторам среды глубокие метаболические связи. Эти связи любого организма со средой в биогеоценозе происходят не только через метаболизм, но и зависят от объединения организмов биоценозов.

Биогеоценозы образуют системы, в которых они находятся в связи друг с другом, выражающейся в переносе от одного к другому энергии, веществ, информации. Некоторые из них достаточно автономны, иные зависят от других. Термин экосистема предложен английским геоботаником Тенсли и немецким гидробиологом Вальтереком. Экосистема и биогеоценоз идентичные представления. Однако экосистема понимается как безразмерное образование.

Экосистема более широкое понятие, чем биогеоценоз. Экосистемой может быть не только биогеоценоз, но и зависимые от биогеоценозов природные биокосные системы, в которых организмы представлены лишь гетеротрофами, а также такие, созданные человеком биокосные системы, как. аквариум, зернохранилище с населяющими его организмами и др.

Озеро является экосистемой, имеющей четкую границу, с населяющими водными организмами. Таким образом, физическая среда, или биотоп вместе с населяющими его видами, составляющими биоценоз, образуют экосистему. Экосистемы представляют собой микросом видов, взаимодействующих друг с другом в относительно замкнутом круговороте.

Экосистемы сильно отличаются по протяженности. Экосистемы изменяются как в пространстве так и во времени.

В экосистему входят и организмы и неживая среда - компоненты, взаимно влияющие на свойства друг друга и необходимые для поддержания жизни в той ее форме, которая существует на Земле.

Экосистемы является открытыми системами: они получают и отдают энергию. Экосистемы, входящие в биосферу, в разной степени открыты для потоков веществ, для иммиграции и эмиграции организмов. По структуре экосистема состоит из двух ярусов:

1. автотрофный.
2. гетеротрофный.

В состав экосистемы входят:

1. Неорганические вещества(С,СО₂, Н₂О и др.), включающиеся в круговороты;
2. Органические соединения - белки, углеводы, липиды, гумусовые вещества и т.д.
3. Воздушная, водная и субстратная среда, включающая климатический режим и др. экологические факторы.
4. Продуценты, автотрофных организмов, растения.
5. Фаготрофы, гетеротрофных организмов, в основном животных.
6. Сапротрофов.

Экологические системы, так же как и организмы в процессе эволюции изменялись. В структуру экологической системы входят следующие четыре группы организмов: автотрофные растения, растительноядные животные, хищники, паразиты, потребляющие биомассу, первых трех групп организмов.

Автотрофные организмы - активно участвуют в круговороте в верхнем ярусе, где доступен солнечный свет. Гетеротрофные процессы интенсивно происходят в нижнем ярусе, где в почвах и осадках накапливаются органические вещества.

Отдельные организмы не только сами приспосабливаются к экологической среде, но и своей совместной деятельностью в экосистемах приспосабливают геохимическую среду к своим биологическим потребностям. Таким образом, сообщества организмов, а также их среда обитания развиваются как единое целое.

Размножение органических остатков - длительный и сложный процесс. В результате этого процесса возвращаются в круговорот элементы питания, находящиеся в мертвом органическом веществе, образуются хелатные комплексы с элементами питания, с помощью микроорганизмов элементы питания и энергии возвращаются в экосистему, производится пища для последовательного ряда организмов в детритной пищевой цепи, производятся вторичные метаболиты ингибирующего, стимулирующего и часто регуляторного действия, преобразуются инертным веществом земной поверхности, что приводит к образование почвы, поддерживается состав атмосферы.

Пищевой цепью называют ряд живых организмов, в котором одни организмы поедают предшественников по цепи и в свою очередь оказываются соединенными теми, кто следует за ними.

Существует два типа пищевых цепей: одни начинаются живыми растениями; которые пастбищная цепь, растения, организмы и т.д. и детритная цепь, от мертвого органического вещества идет к микроорганизмам, и т.д. Во всех экосистемах пастбищная и детритная пищевые цепи взаимосвязаны. Не вся пища усваивается, часть уходит в детритную цепь. Степень влияния травоядных животных на сообщество зависит не только от количества ассимилированной ими энергии пищи, но и от скорости изъятия живых растений.

Трофическую структуру экосистемы измеряют урожаем или энергией по численности особей на единицу площади за единицу времени. Эту структуру изображают в виде экологических пирамид.

Основанием экологической пирамиды служит первый уровень продуцентов, а последующие уровни образуют этажи и вершину пирамиды. Пирамиды численностей и биомассы могут быть обращенными, т.е. основание может быть меньше, чем один или несколько верхних этажей. Так бывает, когда средние размеры продуцентов меньше размеров консументов. Энергетическая пирамида всегда будет ссужаться к верху, если учитываются все источники пищевой энергии в системе.

Фундаментальным свойством экосистем является круговорот веществ и энергии. Различают два типа круговорота вещества и энергии: Большой геологический, абиотический и; Малый биотический (биологический). Между этими типами круговорота существуют взаимообусловленные связи и единства, а также качественные различия.

Например, В.Р.Вильямс писал "что из большого абиотического круговорота веществ на земном шаре вырывается ряд элементов, которые постоянно увлекаемы в новый, малый по сравнению с большим, биологический круговорот, надолго, если не навсегда, вырываются из траектории большого круговорота, и вращаются непрерывно расширяющейся спиралью в одном направлении - в малом, биологическом. На безжизненном фоне геологических процессов возникает и развивается жизнь".

Биологический круговорот связывает биотом с биокосными и косными компонентами биосферы. Биологический круговорот химических элементов составляет вещественно энергетическую основу формирования и функционирования любой экосистемы. Вместе с изменением видового состава биотопы в ходе развития или трансформации экосистем с неизбежностью меняется и биологический круговорот.

Биологический круговорот как система блоков или компонентов экосистемы соединен потоками вещества, обменными процессами. Выделяются внутренние обменные процессы, связывающие компоненты данной экосистемы между собой, и внешние - связывающие данную экосистему с другими. Внешние обменные процессы включают входные потоки - вход вещества в экосистему и выходные потоки - выход вещества из экосистемы.