Функциональные взаимосвязи, т.е. трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде т.н. экологических пирамид.
Соотношение численности, биомассы или эквивалентной ей энергии живых организмов называется пирамидой численности биомассы или энергии. Длина или площадь пропорциональна числу организмов их биомассе или эквивалентной ей энергии.
С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие ур-ни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Экологические пирамиды бывают трех типов:
1. Пирамиды численности - показывают количество особей на каждом уровне. Такие пирамиды удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Подчиняются закономерности Элтона: количество особей от продуцентов к консументам неуклонно уменьшается. Неудобство этих пирамид в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов.
2. Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей на каждом уровне на данный период. Такие пирамиды составлять труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии. В наземных экосистемах действует правило пирамиды биомасс: суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников.
3. Пирамиды энергии - отображают скорость синтеза энергии на каждом трофическом уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных
Правило пирамиды энергий (правило 10%): каждый последующий трофический уровень ассимилирует не более 10% энергии предыдущего.
В конечном итоге все три правила пирамид отражают энергетические отношения в экосистеме, а пирамида продукции (энергии) имеет универсальных характер.
Экологическая сукцессия.
Экологическая сукцессия – поступательная динамика экосистемы – последовательный ряд изменений видовой и трофической структур экосистемы, всей ее организации, или последовательная смена экосистем.
Сукцессия – смена одних видов другими за определенный промежуток времени.
Сукцессии бывают первичными и вторичными:
1. первичная (экосистема возникает на безжизненном месте)
2. вторичная (сообщество развивается на месте уже существующего)
В зависимости от причин сукцессии различают:
1. Экзодинамические – вызванные внешними факторами – изменением климата, понижением уровня грунтовых вод, подъемом уровня мирового океана и т.п. Связаны в основном с действием механической адаптации экосистемы к факторам внешней среды.
2. Эндодинамические - вызванные внутренним механизмом экосистемы. Приводятся в действие особыми законами, механизмами. На любом, даже безжизненном субстрате, рано или поздно расцветает жизнь. При этом типы сообществ, в данном пр-ве последовательно сменяют друг друга, постепенно усложняясь и увеличивая видовое разнообразие, формируя т.н. сукцессионный ряд, состоящий из последовательных стадий, отмечающих смену одного сообщества другим. Сукцессионный ряд заканчивается стадией зрелости, на которой экосистема изменяется очень мало - климаксными экосистемами. Вмешательство человека в природу ведет зачастую также к явлению дигрессии, когда климакс экосистемы достигается на более ранних стадиях сукцессии, вследствие чего экосистемы значительно упрощаются.
Следует различать автотрофные и гетеротрофные сукцессии. Динамика гетеротрофов целиком подчинена динамике автотрофов - смена животных сообществ зависит от смены растительных сообществ. В гетеротрофных сукцессиях участвуют только животные (гетеротрофы, консументы). Гетеротрофная сукцессия предполагает обязательное наличие определённого запаса энергии, аккумулированной в органическом веществе. Она заканчивается вместе с исчерпанием ресурса энергии, то есть после полного разложения исходного субстрата. После этого экосистема перестает существовать (гниющее дерево).
Сукцессии бывают (P-производимая биомасса; R-расход на дыхание):
- автотрофные - растущий лес – P/R>1;
- гетеротрофные - расходуется больше вещества, чем производится – P/R<1;
- климаксная система - состояние равновесия – P/R=1.
29. Гомеостаз экосистем. Принцип обратной связи. Отношения «хищник - жертва». Помехи в экосистемах.
Гомеостаз – способность экосистемы к саморегуляции, т.е. способность противостоять изменениям и сохранять равновесие.
В основе гомеостаза лежит принцип обратной связи.
– Отрицательный (уменьшается отклонение от нормы)
– Положительный (увеличивается отклонение от нормы)
Поддерживать гомеостаз возможно в пределе отрицательной обратной связи. В любой экосистеме, где существуют пищевые цепи, есть определённые каналы передачи информации: химические, генетические, энергетические и др. Стабильность сообщества определяется количеством связей в трофической пирамиде. Сбалансированность экологического круговорота и уравновешенность экосистем обеспечивается механизмом обратной связи: управляющий компонент получает информацию от управляемого и соответственным образом вносит коррективы в дальнейший процесс управления. Возникновение помех – нарушение обратных связей. Сильные помехи – гибель экосистем. Помехи: частичные (ядохимикаты, отстрел животных, вылов рыбы); предельные – разрушают экосистему (уничтожение основного трофического уровня). Гомеостатическое плато – область в пределе которой экосистема способна сохранять свою устойчивость несмотря на стрессовые влияния.
Рассмотрим отношения «хищник-жертва».
Между условно выделенными блоками хищников и жертв управление осущ посредством положит и отрицат связей. Положит обратная связь увеличивает чрезмерно популяцию жертвы. Отрицат – ограничивает рост поп-ции жертвы за счет увеличения численности поп-ции хищников. Эта схема иллюстрирует процесс коэволюции в системе «х-ж». Если в эту систему не вмешиваются другие факторы, то рез-т саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато – областью отрицательных связей, а при нарушении системы начинают преобладать обратные положительные связи, что может привести к гибели системы.
Человек и биосфера.
