Экосистема (биогеоценоз). Часть 2

На этой странице вы узнаете

• Может ли дерево стать экосистемой?
• Кого называют пионерами жизни? 
• Как озеро может превратиться в лес? 

Экосистемы могут изменяться до неузнаваемости — бывшее озеро через несколько сотен лет может стать густым лесом, безжизненные обломки скал через какое-то время могут покрыться густой зеленью. И это очень хорошо, ведь ⅔ территории нашей страны покрыто лесом, а в жаркую и засушливую погоду нередки лесные пожары. Только в 2019 году, по данным Рослесхоза, сгорело 16 млн га земель. Сложно представить, что было бы с человечеством и нашей планетой в целом, если бы не замечательная способность экосистем восстанавливаться, возвращаться к жизни. Более подробно об этих механизмах поговорим в этой статье. 

Разнообразие экосистем (биогеоценозов)

Эта статья является продолжением темы об экосистемах. Перед тем как приступить к ней, советуем ознакомиться со статьей «Экосистема (биогеоценоз). Часть 1». 

Экосистемы могут быть любого размера, они включают совокупность живых организмов (сообществ) и окружающую их неорганическую среду. В экосистемах происходит круговорот веществ, и они могут существовать при наличии притока энергии (солнца в большинстве случаев) и при наличии продуцентов, консументов, редуцентов. Экосистемы бывают естественными — это луг, лес, болото, река, и искусственными — сад, огород, пруд. 

Интересный факт: ¾ всех экосистем по площади являются водными — это океаны, реки, озера, болота.

Начнем с естественных экосистем — к ним относится как огромный Тихий океан площадью 165 млн км², так и маленькое озеро в лесу, пробежать по периметру которого не составит никакого труда. Что их объединяет?

• 

• 

• Длинные разветвленные пищевые цепи — производителями органики чаще всего являются водоросли, которыми питаются разные рыбы. Этих рыб, в свою очередь, поедают рыбы-хищники, и даже они становятся чьей-то добычей.
• Разнообразие видов — в Тихом океане их около 100 тыс., но и в маленьком озере огромное видовое разнообразие организмов.

Озеро Байкал существует около 25 млн лет, сохранив свой первозданный вид. В этом озере много растений и животных эндемиков, то есть организмов, проживающих только в этом месте. Пресных запасов воды Байкала хватит на сорок лет существования всех жителей планеты. В настоящее время в Байкале обитает 2640 разновидностей животных и 1376 растений.

• Саморегуляция — для продолжения своего существования естественным экосистемам не нужна помощь человека, они самостоятельны и самодостаточны, и со всем справляются сами.
• Замкнутый круговорот веществ — если бы экосистема была государством, то можно было бы сказать, что экспорт у нее никудышный: вещества, которые в ней образуются, никуда «не изымаются и не вывозятся», они остаются в экосистеме и снова используются ее жителями. 
• Устойчивость экосистемы — об этой характеристике естественных экосистем мы поговорим отдельно ниже. 

Вот так выглядит замкнутый круговорот веществ на примере круговорота фосфора и азота: 

Устойчивость и динамика экосистем

Устойчивость экосистем — это способность экосистем возвращаться в исходное состояние после воздействия внешних факторов. 

Например, если экосистема пострадала в результате пожара, то через какое-то время на пожарище восстанавливается такая же экосистема. Одним экосистемам на это требуется совсем немного времени, а другим — не одна сотня лет: так, если погибнет лес из секвойи, то восстановиться он сможет только спустя столетия. 

Экосистемы с таким долгим периодом восстановления должны тщательно охраняться. 

Может ли дерево стать экосистемой? Секвойи — это самые высокие деревья в мире, их высота может достигать 110 и более метров. В кронах этих гигантов может развиваться самостоятельная экосистема — словно лес в воздухе, полностью скрытый от людских глаз. В кронах секвойи даже растут деревья разных пород, потому что там есть почва, среди них — ситхинская ель, Дугласова пихта, калифорнийский лавр.

Совсем по-другому дела обстоят с искусственными экосистемами. Если человек соберет урожай с пшеничного поля (что тоже можно считать воздействием внешнего фактора) или же если вся пшеница сгорит во время пожара, то можно ждать хоть тысячелетие, но пшеничное поле не восстановится само по себе. 

Искусственные экосистемы являются неустойчивыми. 

Что обеспечивает устойчивость экосистем? Те самые факторы, которые мы уже обсудили выше — биологическое разнообразие, саморегуляция и круговорот веществ.

Все растет, все меняется, и экосистема не исключение. В ней обитает множество живых организмов, и она претерпевает разные изменения. 

Способность экосистемы меняться называется динамикой экосистемы. 

С чем связаны ее изменения?

• Земля делает оборот вокруг своей оси, и происходит смена дня и ночи: изменяется освещенность, температура окружающей среды. Живые организмы различным способом приспосабливаются к периодическим изменениям: одни активны в дневное время, другие — ночью. Все это — суточные изменения экосистемы.
• Земля делает оборот вокруг Солнца, и снова изменяется температура, освещенность, а самое главное — длительность светлого периода суток. Живые организмы приспосабливаются и к этим изменениям — кто-то впадает в спячку, кто-то — запасает питательные вещества. Все это — сезонные изменения экосистемы.
• На изменения в экосистемах может влиять и человек — вырубка лесов, пожары, загрязнение окружающей среды, охота и рыболовство. Более подробно об антропогенных изменениях поговорим ниже.

Возможно, вы слышали о Чернобыле, как одной из самых больших трагедий в истории человечества. Интересно отметить, что несмотря на губительное влияние аварии на большинство живых существ, включая человека, в зоне Чернобыля есть виды, которые смогли неплохо приспособиться. Некоторые птицы стали вырабатывать больше антиоксидантов, помогающих защитить их ДНК от повреждения. Также хорошо себя чувствуют некоторые млекопитающие — волки и выдры. Удивительно, что жизнь может приспособиться практически ко всем внешним обстоятельствам.

Растительные сообщества

Растительные сообщества (фитоценозы) – группа растений, которые сосуществуют и взаимодействуют друг с другом на определенной географической территории. 

В основе классификации растительных сообществ лежат типы жизненных форм растений и климатические факторы, которые определяют внешний облик сообщества:

• Луг – сообщество, состоящее в основном из травянистых растений, образующих сомкнутый покров.
• Лес – сообщество с преобладающим числом растений древесного и наземного яруса. 
• Болото – растительное сообщество многолетних растений, которые способны произрастать в условиях обильного увлажнения и недостатка кислорода в почве. 

Для растительных сообществ характерна определенная пространственная структура: ярусность. Выделяют надземные и подземные ярусы.

Надземные ярусы:

Первый ярус – высокие деревья (ель, сосна, дуб).
Второй ярус – низкие деревья (береза, рябина).
Третий ярус – кустарники (ива, орешник).
Четвертый ярус – травы и кустарнички.
Пятый ярус – мхи и лишайники.
Подстилка – опавшие на землю листья и другие части растений.

Подземные ярусы определяет глубина корневых систем растений. 

Каждое растительное сообщество находится в постоянном развитии. Выделяют следующие периоды: зарождения, расцвета и старости. Поговорим о том, как одно сообщество может сменить другое.

Саморазвитие и смена экосистем. Сукцессия

Развиваясь, экосистемы могут сменять друг друга. 

Последовательная необратимая смена биоценоза на одном и том же участке земли называется сукцессией. 

Сукцессия бывает первичной и вторичной. 

Первичная сукцессия начинается на ранее безжизненной территории, на голом участке земли, где отсутствует почвенный покров. 

Представьте, что где-то в горах Кавказа произошел обвал. Даже в этом месте, посреди неприступных скал, может зародиться настоящая экосистема. 

Происходить это будет в несколько этапов: 

• Первый этап первичной сукцессии — это поселение лишайников на безжизненном участке земли и почвообразование. В результате отмирания лишайников образуется и накапливается перегной — важная составляющая плодородия почвы.

Кого называют пионерами жизни?  Лишайники — это настоящие пионеры жизни, потому что они первыми поселяются в бесплодных местах. Лишайники выделяют кислоты, которые разрушают горные породы, благодаря этому становится возможным образование почвы. Кстати, вид лишайника Кладония Крыночковидная, внешним видом напоминает маленьких пионеров — выстроились в ряд, вытянулись по струнке и надели красные пилоточки.

• Второй этап — там, где есть почва, уже могут селиться растения. Сначала появляются однолетние травы.

• Третий этап — многолетние травы, кустарниковая растительность, низкорослые и высокорослые деревья.

Последовательность первичной сукцессии:  лишайники \(\Downarrow\) однолетние травы \(\Downarrow\) многолетние травы \(\Downarrow\) кустарники \(\Downarrow\) низкорослые деревья \(\Downarrow\) высокорослые деревья

Дальше часто происходит так, что высокие деревья создают тень на обширном участке территории, и низкорослым растениям не хватает солнечного света, чтобы расти и развиваться — они отмирают. Для средней полосы России последней стадией первичной сукцессии является ельник — устойчивая экосистема елового леса. 

Вторичная сукцессия развивается на месте ранее существовавшей на этом месте экосистемы. Пример такой сукцессии — это эвтрофикация водоемов, то есть их насыщение биогенными элементами. 

Как озеро может превратиться в лес?  Если в воде растворено слишком много соединений фосфора и азота, то это может привести к бурному росту растительности. Развивается большое количество водорослей, и им для дыхания не хватает кислорода, растворенного в водоеме. Из-за этого происходит массовый замор рыб. Отмершие организмы попадают на дно и образуют слой питательных веществ для укоренения водных растений. В результате озеро начинает зарастать и превращаться в болото. Спустя длительное время на его месте может образоваться лес.

Примеров вторичной сукцессии много — если человек не ухаживает за полем, оно может зарасти сорняками, а затем и высокорослыми деревьями. Заброшенный пруд может стать болотом, сад — непроходимым лесом и так далее. 

Агроэкосистемы

Агроэкосистемы (агроценозы) — это искусственные экосистемы, созданные человеком. 

Аквариум, пруд, сад, поле, — все это примеры агроценозов. 

Они обладают характеристиками, противоположными характеристикам искусственных экосистем:

• Короткие пищевые цепи, которые чаще всего сводятся к двум уровням — растение (морковь, картофель, редис) и человек.
• Видового разнообразия нет. В агроэкосистемах преобладает монокультура, то есть какое-то одно растение: на пшеничном поле — пшеница, в яблоневом саду — яблони и т.д.
• Незамкнутый круговорот веществ. Если бы агроценоз был страной, то он бы как раз работал только на экспорт: почти вся продукция, произведенная в агроценозе, изымается человеком.
• Слабая саморегуляция. Для того чтобы агроценоз продолжал свое существование, нужна постоянная поддержка человека, без нее может начаться вторичная сукцессия.
• Из-за всего этого искусственные экосистемы являются неустойчивыми. 

Фактчек

• Для естественных экосистем характерны длинные разветвленные пищевые цепи, разнообразие видов, саморегуляция, замкнутый круговорот веществ и устойчивость экосистемы.
• Искусственные экосистемы называются агроэкосистемами. Они характеризуются короткие пищевыми цепями, преобладанием монокультуры, незамкнутым круговоротом веществ и отсутствием устойчивости.
• Устойчивость экосистем — это способность экосистем возвращаться в исходное состояние после воздействия внешних факторов, а динамичность экосистем — это их способность изменяться. 
• Последовательная необратимая смена биоценоза на одном и том же участке земли называется сукцессией. Сукцессия бывает первичной и вторичной. 
• Первичная сукцессия начинается на ранее безжизненной территории, а при вторичной сукцессии происходит смена одной экосистемы на другую.

Проверь себя

Задание 1.
Выберите из списка экосистем агроэкосистему:

1. озеро
2. луг
3. сад
4. море

Задание 2.
Что из перечисленных признаков не характерно для естественных экосистем?

1. длинные разветвленные пищевые цепи
2. разнообразие видов
3. саморегуляция
4. незамкнутый круговорот веществ

Задание 3.
Какая экосистема будет неустойчивой?

1. пшеничное поле
2. лес
3. озеро
4. луг 

Задание 4.
Выберите организм, который первым поселяется на местности при первичной сукцессии:

1. лишайник
2. дуб
3. низкорослая трава
4. крот

Ответы: 1. — 3; 2. — 4; 3. — 1; 4. — 1.