Лекция 4_Популяции и экосистемы

1.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
ЭКОЛОГИЯ
Лекция 4
Развитие экосистем.
Многообразие экосистем
Макарова Светлана Витальевна
к.б.н., доцент

2. Часть 1

Экологические сукцессии
2

3. Причины и типы сукцессий

Экологическая сукцессия — это закономерная
последовательная смена биоценозов, преемственно
возникающих на одном и том же биотопе под воздействием
природных или антропогенных факторов
Сукцессии можно подразделить следующим образом:
по причинам: аллогенная и аутогенная
по месту протекания: первичная и вторичная
По биотическому балансу: автотрофная и гетеротрофная
Каждую сукцессию можно охарактеризовать тремя
способами
3

4. Причины и типы сукцессий

Причины сукцессий могут быть различными:
Если изменения определяется внутренними
взаимодействиями – это аутогенная сукцессия
Аутогенная сукцессия - это направленное предсказуемое и
обратимое развитие экосистемы до установления
равновесия между сообществом (биоценозом) и
абиотической средой
Если изменения вызваны внешним воздействием (пожар,
деятельность человека и др.) – аллогенная сукцессия
Аллогенные сукцессии экосистем, вызванные человеком,
приводят к их упрощению
4

5. Изменение характеристик экосистем при сукцессиях

Аутогенные сукцессии — это естественное закономерное
биотическое развитие экосистем, идущее по автотрофному
типу
Общая стратегия развития экосистем состоит в возрастании
эффективности использования энергии и биогенных
элементов, достижении максимального разнообразия
видов, усложнении структуры и возрастании их стабильности
5

6. Изменение характеристик экосистем при сукцессиях

Аутогенная сукцессия
Группа признаков
Тенденции изменения
Энергетика
Возрастает продукция органического вещества (П)
Возрастает биомасса организмов (Б)
Увеличиваются траты на дыхание (Д)
П/Д приближается к 1, Б/П возрастает
Круговорот веществ
Круговорот веществ становится более замкнутым
Увеличивается время оборота и запасы биогенов
Структура
сообщества
Меняется видовой состав, растет биоразнообразие
Увеличиваются размеры организмов
Усложняются и удлиняются жизненные циклы
Развивается симбиоз
Стабильность
Возрастает резистентная устойчивость
Снижается упругая устойчивость
6

7.

Заболачивание лесных озер – аутогенная сукцессия
7

8.

Аутогенная сукцессия
(зарастание прибрежья)
Аллогенная сукцессия
(преобразование ландшафта
человеком)
8

9. Причины и типы сукцессий

По месту протекания выделяют два типа сукцессий:
Первичная сукцессия начинается на участке, прежде не
занятом живыми организмами и лишенном почв –
заселение скал, остывшей лавы после извержения вулкана,
районов добычи полезных ископаемых; длится сотни и
тысячи лет
Вторичная сукцессия – начинается там, где существовало
сообщество и есть почвы и донные отложения –
восстановление леса после пожара, заболачивание озер и
др.; протекает быстрее, чем первичная
9

10.

Первичная сукцессия в природе и в городской
среде
10

11.

11

12.

Лишайники на скалах
12

13.

Остывшая лава (Этна, Сицилия)
13

14.

14

15.

15

16.

16

17.

Поздние стадии первичной сукцессии на остывшей лаве (Везувий)
17

18. Причины и типы сукцессий

Первичная сукцессия на скалах (поздние стадии)
18

19. Восстановление сообщества бореальных лесов после пожара, вторичная сукцессия (В.В.Горшков, 2009)

200 – 500 лет
4 года
55 лет

20. Причины и типы сукцессий

Вторичная сукцессия в умеренном климате
(по Е.А.Крискунову и др., 1995, с изменениями)
20

21. Причины и типы сукцессий

Сукцессии возникают в несбалансированных сообществах:
если П > Д – автотрофная сукцессия – характеризуется
длительным преобладанием автотрофных организмов,
наиболее распространенное в природе явление
если П < Д – гетеротрофная сукцессия – характеризуется
преобладанием редуцентов, протекает в среде,
перенасыщенной органическим веществом (например, в
реке, загрязненной сточными водами)
21

22. Признаки зрелости экосистем

Отношение П/Д является показателем функциональной
зрелости экосистем
В процессе сукцессии П/Д стремится к 1
Состояние стабилизированной (зрелой) экосистемы
называется климаксом
Климаксные системы образуют сложную сеть
взаимоотношений, поддерживающих их стабильное
состояние
Теоретически такое состояние должно быть постоянным во
времени и существовать до тех пор, пока его не нарушат
сильные внешние возмущения
22

23. Признаки зрелости экосистем

Сукцессия в различных
экосистемах
23

24. Признаки зрелости экосистем

Незрелые экосистемы:
Зрелые экосистемы:
Низкое видовое разнообразие
Простые схемы питания:
много продуцентов и
травоядных, мало
редуцентов
Растения в основном
однолетние травы
Питательные веществ мало
Высокое видовое разнообразие
Сложные схемы питания,
доминируют редуценты
Растения – деревья и
многолетние травы
Экосистема обеспечивает
себя питательными
веществами
24

25. Часть 2

Разнообразие экосистем
25

26. Разнообразие экосистем

Экосистемы
Природные
Антропогенные
Водные
Наземные
Морские
Пресноводные
26

27. ПРИРОДНЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

1. Наземные экосистемы
Формируются в зависимости от климата (режима осадков),
который определяет тип растительности.
Биом — это макросистема, совокупность экосистем, тесно
связанных климатическими условиями, потоками
энергии, круговоротом веществ, миграцией организмов и
типом растительности
Пустынные
Травянистые (степи, саванны)
Лесные (тропический лес, тайга и др.)
27

28. Наземные экосистемы

• Пустыни - испарение менее 250 мм в год, но при этом
превышает количество осадков. Наблюдаются контрасты
между дневными и ночными температурами
28

29. Наземные экосистемы

• Травянистые экосистемы – в регионах с чередованием
влажных
и
засушливых
периодов.
Засухи
и
пожары препятствуют развитию древесной растительности
(степи, саванны)
(Фото http://oopt.info)
29

30. Наземные экосистемы

• Леса – произрастают в различных климатических зонах
со средним и высоким количеством осадков
(Фото ru.wikipedia org)
30

31. Наземные экосистемы

Состав растительности зависит от географической широты
местности и от высоты над уровнем моря
31

32.

2. Водные экосистемы
формируются в зависимости от:
Солености воды (морские, солоноватоводные,
пресноводные)
гидродинамических условий
глубины водоема
глубины проникновения солнечных лучей
количества растворенного кислорода
доступности питательных элементов
32

33. Отличия водных экосистем от наземных

Водные экосистемы в меньшей степени зависят от
климата по сравнению с наземными
Водная среда отличается большой термостабильностью,
отсутствуют резкие перепады температур
Вода более плотная среда по сравнению с воздухом,
поэтому водная толща населена организмами
Возможно существование прикрепленных животных, так
как вода переносит пищу и половые клетки
Свет может являться лимитирующим фактором
Может возникать недостаток кислорода (на суше
содержание кислорода постоянно)
33

34.

Весной и осенью в водоемах наблюдается конвективное перемешивание.
Летом и зимой устанавливается термическая стратификация.
Зима.
Обратная
стратифика
ция
Весна. Верхние
слои прогреваются
до ≈ 4С, и
погружаются,
вытесняя нижние
слои наверх.
Лето.
Термическая
стратификация
Осень. Верхний
слой охлаждается
и погружается
вниз. Циркуляция
продолжается до
выравнивания
температуры до
≈4С.
http://www.conservetorch.org/temperature

35. Водные экосистемы

В зависимости от освещенности в водоемах выделяют 3 зоны:
эвфотическая – освещенность достаточна для протекания
фотосинтеза. Здесь отмечается наибольшее содержание кислорода
дисфотическая - сумеречная
афотическая – свет отсутствует

36.

Планктон
Нектон
Бентос
Биоценоз водных экосистем
36

37.

Фитопланктон
Зоопланктон

38. Морские экосистемы

Морские экосистемы формируются в зависимости от глубины
38

39. Морские экосистемы

Литораль (до глубины 600 м) – занимает 8% площади дна,
производится 80% биомассы океана – самая продуктивная зона
Мирового океана
Батиаль (до глубин 2-3 тыс.м) – 15% площади, 10% биомассы
Абиссаль (до глубин 6-7 тыс.м) – 75% площади, 10% биомассы
Ультраабиссаль (до 11 тыс. м) – 2% площади
39

40. Пресноводные экосистемы

Пресноводные экосистемы – формируются в зависимости от
подвижности воды
Лотические (текучие воды, водотоки) - реки, ручьи
Определяющим фактором формирования биоценоза является
скорость течения воды
40

41. Пресноводные экосистемы

Лентические (стоячие воды, водоемы) – озера, пруды,
водохранилища
Обычно более продуктивны, чем водотоки; подвержены
эвтрофированию
41

42. АНТРОПОГЕННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ

Аллогенные сукцессии, вызванные человеком приводят к
упрощению экосистем – природные экосистемы заменяются
антропогенными
Город
Гетеротрофная экосистема, использующая энергию топлива
Продуценты (зеленые насаждения) выполняют в основном
эстетическую и рекреационную функцию
Обедненный видовой состав (синантропные виды, рудеральная
флора)
Отсутствуют круговороты веществ
Является основным источником загрязнения окружающей среды
42

43.

43

44.

http://techno.bigmir.net/discovery/
44

45. Антропогенные экосистемы

Агроэкосистема
автотрофная экосистема, использующая дополнительные
источники энергии для повышения продуктивности
низкое видовое разнообразие (иногда монокультура), высокая
плотность популяции
организмы подвергаются искусственному отбору
природные механизмы регуляции не работают: расселение
сорняков, насекомых-вредителей
сельское хозяйство основано на намеренном удержании
экосистем на ранних стадиях сукцессий
45

46.

Рисовые поля
https://travelask.ru/blog/posts/
46

47.

Сельскохозяйственные поля (Англия)
https://www.semiestrel.ru/angliyskie-derevni/
47

48. Сравнение функций природных и антропогенных экосистем

Природные экосистемы
(лес, луг, водоем)
Антропогенные экосистемы (город,
агроэкосистема)
Преобразуют и накапливают солнечную
энергию
Потребляют энергию топлива
Потребляют углекислый газ, выделяют
кислород
Потребляют кислород, выделяют
углекислый газ при сжигании топлива
Формируют плодородную почву
Истощают плодородные земли
Накапливают и очищают пресную воду
Расходуют и загрязняют пресную воду
Создают местообитания различным
видам организмам
Разрушают местообитания , снижают
видовое разнообразие
Способны к самоочищению
Переработка отходов требует
материальных затрат
Стабильные,
самовосстанавливающиеся
Поддержание стабильности требует
материальных и энергетических затрат
48

49.

Санкт-Петербургский государственный
архитектурно-строительный университет
кафедра водопользования и экологии
Автор
Макарова Светлана Витальевна
[email protected]