Обратимые изменения экосистем

Экосистемы постоянно меняются в зависимости от ритмов изменений абиотических факторов – суточных, сезонных, многолетних, и от биологических циклов входящих в их состав растений и животных.

Суточная динамика экосистем. В водных экосистемах планктон по разному распределен в разное время суток: в светлое время он рассредоточен в толще воды, а в вечерние и утренние часы, когда на водную поверхность поступает меньшее количество света, планктон концентрируется ближе к поверхности.

Знаменитый каспийский лотос, «поля» которого есть в Астраханском заповеднике, на ночь закрывает свои крупные цветки, листья при этом опускаются на поверхность воды и плавают как листья кувшинки. В дневные часы цветки раскрываются, а черешки поднимают листья над поверхностью воды на несколько сантиметров. Все это сказывается на поведении других обитателей водной экосистемы, особенно живущих на поверхности воды.

Сезонная динамика экосистем. В разные сезоны года различается биологическая продукция экосистем: в летние месяцы она достигает максимума, а в зимние падает почти до нуля. В умеренной полосе в зимнее время часть обитателей улетает в теплые края (птицы) или укладываются на зимнюю спячку в берлоги и норы (медведь, барсук). Изменяется поведение тех животных, которые остаются на зиму в «своих» экосистемах.

В лесу в апреле-мае цветут первоцветы (ветренички, хохлатки, подснежники), вслед за которыми распускают свои цветки раноцветущие летние растения (чина весенняя, подмаренник душистый), ближе к середине лета зацветает сныть и т.д.

Разногодичная динамика экосистем. В результате изменений погоды в разные годы меняется биологическая продуктивность экосистем. Так, в пойменных лугах средней полосы в год, когда нет паводка и лето сухое, первичная биологическая продукция уменьшается в 10 раз, и соответственно снижается продукция гетеротрофов. Значительная часть видов в сухой год не развивается и переживает неблагоприятные условия в состоянии покоя.

Разногодичные изменения экосистем часто вызываются биотическими факторами. Так, экосистемы изменяются в результате циклической динамики популяций наиболее массовых видов. Например, дуб обильно плодоносит один раз в четыре года, и в год обильного плодоношения за счет улучшения кормовой базы массово размножаются виды животных, которые питаются желудями.

В тайге при выпадении отдельных деревьев (от старости, от ветровала или вредителей) возникают «окна». В «окнах» формируются «маленькие экосистемки» из рудеральных растений, семена которых сохранялись в почве и «ждали» удобного момента, чтобы прорасти. Вслед за рудеральными растениями в окнах разрастаются береза, ольха, или ивы. Эти растения-«няни» создают условия для восстановления основных древесных пород – ели и пихты. Продолжительность восстановительного цикла составляет 30-40 лет. В «окнах» соответственно меняется и фауна: появляются насекомые и другие организмы, которые связаны с растениями, залечивающими рану в лесной экосистеме.

Даже в самой устойчивой лесной экосистеме с древостоем старого возраста кабаны периодически разрывают поверхность почвы на участках площадью в десятки метров. После этого на порое несколько лет обильно растут рудеральные травы, но через 5-7 лет восстанавливаются обычные растения леса и их спутники из числа гетеротрофов.

Обратимые изменения лесной растительности, но с продолжительностью одного цикла около 100 лет, вызывают бобры (рис. 54). Они сооружают плотины и тем самым затопляют и подтопляют приречные территории. Однако за 10-20 лет бобры выедают все «вкусные» растения (в первую очередь ольху), которые служат им кормом, и переходят на другой отрезок речки. Плотины постепенно разрушаются, затопление и подтопление прекращаются, и со временем на этом месте восстанавливается та же экосистема, которая была до начала «мелиоративных работ», выполненных бобрами.

При всех обратимых изменениях, вызываемых абиотическими или биотическими факторами, протекающих в разном «биологическом времени» (от нескольких до десятков лет) и разном «биологическом пространстве» (от нескольких квадратных метров до десятков квадратных километров), состав экосистемы, который был до начала изменений, в основном восстанавливается.

Контрольные вопросы

1. Приведите пример суточных изменений экосистем.

2. В чем проявляются сезонные изменения экосистем?

3. Расскажите о разногодичных изменениях экосистем, вызываемых абиотическими и биотическими факторами.

4. Как вы понимаете «биологическое время» и биологическое пространство» в приложении к обратимым изменениям экосистем?

Справочный материал

В лесах вдоль рек пустынной зоны (они называются тугайными лесами, основные виды деревьев – туранговые тополя) во время дневного солнцепека листья деревьев поворачиваются ребром к падающему свету, что спасает их от ожогов, но увеличивает поступление солнечного света на поверхность почвы и заставляет насекомых прятаться, чтобы избежать перегрева.

В пустыне после дождей вся поверхность почвы покрывается яркой изумрудной зеленью растений-эфемеров, которые в состоянии семян ждали дождя, и после того, как долгожданная влага поступила в почву, успевают за 2-3 недели пройти весь жизненный цикл и дать семена, которые пополняют «почвенный банк». Эфемеры по типу стратегии относятся к «шакалам» (эксплерентам). Они массово развиваются потому, что при обилии влаги почти нет конкуренции с растущими редко многолетними пустынными растениями.

В степях Монголии один раз в 6-8 лет дает вспышки обилия мышевидный грызун полевка Брандта. В год массового размножения грызуны перерывают весь верхний слой почвы и выедают ковыли. В результате, из растревоженных грызунами корневищ востреца ложнопырейного массово появляются побеги, и степь становится не ковыльной, а вострецовой. Однако, поскольку грызуны съедают только листья, но не повреждают почки ковыля, после спада численности грызунов (высокая плотность их популяции приводит к массовым заболевания) он начинает отрастать. К следующей вспышке численности полевки степь имеет привычный наряд из ковыля.

В годы массового развития непарного шелкопряда он поедает почти все листья деревьев, что резко улучшает освещенность напочвенного покрова. Кроме того, усвоение съеденной листовой массы гусеницами очень неполное, земля удобряется большим количеством экскрементов, что улучшает условия минерального питания растений напочвенного покрова, которые пышно разрастаются.