Динамика экосистем

1.

Динамика экосистем
Динамическое
равновесие
Циклические
изменения
Поступательные
изменения

2. Динамическое равновесие

Гомеостаз
– состояние внутреннего динамического
равновесия природной системы,
поддерживаемое регулярным
возобновлением основных ее структур,
вещественно-энергетического состава
и постоянной функциональной
саморегуляцией ее компонентов

3. Закон внутреннего динамического равновесия

вещество, энергия, информация и динамические
качества отдельных природных систем взаимосвязаны
настолько,
что любое изменение одного из этих показателей
вызывает сопутствующие функционально-структурные
количественные и качественные перемены,
сохраняющие общую сумму качеств систем
(вещественно-энергетических, информационных и
динамических),
где эти изменения происходят

4. Следствие 1

Принцип Ле Шателье — Брауна
Любое изменение среды неизбежно приводит
к развитию природных цепных реакций,
1. идущих
в
сторону
произведенного изменения
нейтрализации
2. или формирования новых природных систем,
образование которых
при значительных изменениях среды
может принять необратимый характер

5. Иммунный ответ

6. Разложение отмерших растений

7.

8. Эвтрофикация

(др.-греч. εὐτροφία —
хорошее питание)
— насыщение водоёмов
биогенными элементами
(фосфор и азот),
сопровождающееся ростом
биологической
продуктивности водных
бассейнов
и увеличением донных
отложений
Например, по мере
зарастания озера
формируется новая
экосистема - болото
PO43- NH4+ NO3-
увеличение биопродуктивности

9.

10.

11.

Следствие 2
Взаимодействие
вещественно-энергетических экологических
компонентов,
информации,
динамических качеств природных систем
количественно НЕ ЛИНЕЙНО,
т, е. слабое воздействие или изменение одного из
показателей
может вызвать сильные отклонения в других
(и во всей системе в целом)

12.

малые отклонения
в газовом составе
атмосферы в связи с
ее загрязнением
оксидами серы и
азота
вызывают
огромные
изменения в
экосистемах суши и
водной среды

13.

Следствие 3
Закон необратимости эволюции
Производимые в крупных экосистемах
перемены относительно необратимы.
Проходя по иерархии снизу вверх
от места воздействия до биосферы в целом,
они меняют глобальные процессы
и тем самым переводят их на новый
эволюционный уровень

14. организм (популяция, вид) не может вернуться к прежнему состоянию, уже осуществленному в ряду его предков

15.

Следствие 4
Любое МЕСТНОЕ преобразование природы
вызывает
в БИОСФЕРЕ и в ее крупнейших подразделениях
ответные реакции,
приводящие к относительной неизменности
эколого-экономического потенциала,
увеличение которого возможно лишь путем
значительного возрастания энергетических
вложений.
(«правило Тришкина кафтана»)

16. Тришкин кафтан

Выражение возникло от названия
басни (1815) И. А. Крылова,
в которой рассказывается, как ее
герой Тришка для починки локтей
кафтана, обрезал рукава,
а чтобы надставить рукава,
обрезал полы,
в результате чего кафтан стал
таким, "которого длиннее и
камзолы".

17.

«Чем больше пустынь мы превратим в цветущие сады,
тем больше цветущих садов мы превратим в пустыни»
Реймерс Н.Ф.
Любые системные изменения в природе оказывают
прямое или опосредованное воздействие на человека

18. ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМ

- развитие биогеоценоза во времени, изменение его
видовой структуры и протекающих в нем процессов
в результате:
• внутренних воздействий – например, отмирание
или вытеснение одних видов другими
• внешних воздействий - например, климатических
факторов, вырубка леса, влияние катастроф,
например, урагана, пожара

19.

Динамика экосистем
Динамическое
равновесие
Циклические
изменения
Поступательные
изменения

20. ЦИКЛИЧЕСКАЯ (периодическая) ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМЫ

с
Относительно обратимые изменения
экосистем,
вызванные
непостоянными
внешними факторами,
постепенным возвратом к практически
исходному состоянию
способствует поддержанию целостности и
функциональной устойчивости экосистем

21.

22. Циклическая динамика экосистем

Суточная
•Обусловлены разницей факторов среды
днем и ночью (температур, влажности и
других)
•Проявляются
тем
сильнее,
чем
значительнее разница
Сезонная
• Наиболее отчетливо выражены в
климатических зонах и областях с
контрастными условиями лета и
зимы
Многолетняя
• Зависит от изменения по годам
метеорологических
условий
(климатических
колебаний)
или
других
внешних
факторов,
действующих
на
сообщество
(например, степени разлива рек)

23. СУТОЧНАЯ динамика экосистем

Составляющие любую экосистему виды не
однородны по отношению к проявлению
факторов внешней среды,
поэтому одни из них биологически активны
в дневное время суток,
другие — к вечеру и ночью.

24. Биоритмы

закономерные периодические изменения
физиологии или поведения организмов
при смене времени суток, сезонов года,
приливов и отливов, лунных фаз
БИОЛОГИЧЕСКИЕ ЧАСЫ
способность живых организмов
ориентироваться во времени,
в основе которой лежит строгая
периодичность протекающих в клетках
физико-химических процессов.

25.

В суточном ходе фотосинтеза наблюдается
несколько максимумов: первый — до полудня,
второй — после полудня.
Ночью фотосинтез прекращается - продуцент
переходит к поглощению кислорода и выделению
углекислоты (дыхание)

26.

Наиболее четко суточная динамика
прослеживается в природных зонах с резким
колебанием факторов среды на протяжении суток.
В пустыне летом в полуденные часы жизнь
В умеренной
зоне в дневное
время животные
господствуют насекомые,
замирает,
только
некоторые
проявляют
птицы, некоторые млекопитающие. В сумеречное и ночное время
определенную
активность
активными становятся
ночные насекомые,
многие млекопитающие,

27. Лотос днем листья подняты – ночью лежат на воде

28.

Суточные биоритмы ярко выражены
у животных и человека
Дневные животные добывают пищу днем

29.

для ночных животных период
бодрствования наступает с темнотой

30. СУТОЧНАЯ динамика экосистем

• Разделение периодов активности во времени
снижает уровень прямой конкуренции
• и таким образом открывает возможность
сосуществования
видов
со
сходными
биологическими требованиями.
В целом расхождение в суточной активности
приводит
• к усложнению биоценоза,
• повышению биологического разнообразия
• и более полному использованию ресурсов среды

31. СЕЗОННАЯ динамика экосистем

Сезонная
динамика
экосистем
определяется сменой времен года.
Это выражается в изменении не только
состояния и активности организмов
отдельных видов, но и их соотношения.
В первую очередь сезонная динамика
затрагивает видовой состав.

32.

Растительные сообщества меняются
по сезонам структурно
появление листьев, затем листопад,
отмирание однолетников,
засыхание травянистой
растительности и т.д
Поэтому Растительные сообщества
также меняются по сезонам
функционально
(изменение интенсивности фотосинтеза,
накопления биомассы и пр.)

33. СЕЗОННАЯ динамика экосистем

В неблагоприятные сезоны года ряд
видов животных мигрируют в районы с
лучшими условиями существования.
Оседлые виды составляют основное
ядро биоценоза,
тогда как сезонные виды определяют его
облик,
а также характер биоценотических
связей в отдельные периоды.

34. Мигрирующие животные

35. Оседлые животные

36. МНОГОЛЕТНЯЯ динамика экосистем

Она зависит
• от изменения по годам метеорологических
условий или других внешних факторов,
действующих на сообщество,
• от усиления или ослабления солнечной
активности
• от особенностей жизненного цикла
растений-эдификаторов,

37. Многолетние (разногодичные) изменения

Климатические особенности формируют периоды
засухи и влажных годов
Например засухами порождаются миграции саранчи

38. Циклы системы «хищник – жертва»

39. Четырехлетний цикл урожая кедровых шишек

40. Периоды оледенения и потепления климата планеты

41.

В процессе циклической динамики
целостность биоценозов обычно
не нарушается.
Биоценоз испытывает лишь
периодические колебания
качественных и количественных
характеристик.

42.

Динамика экосистем
Динамическое
равновесие
Циклические
изменения
Поступательные
изменения

43. Поступательная динамика экосистем

- это последовательная смена биоценозов
Сукцессии
Дигрессии

44. Учение о сукцессии

Поступательная
экосистем
Учение динамика
о сукцессии
СУКЦЕССИЯ
(от лат. succеssio - преемственность,
наследование)
последовательная большей частью необратимая
смена биоценозов, преемственно сменяющихся
на одной и той же территории
- в результате влияния внутренних факторов
(Сукцессия автогенная, или аутогенная)
- или внешних факторов (Сукцессия аллогенная).
Термин “сукцессия” предложен Г. Каулсоном (1898)

45. Факторы, вызывающие сукцессии

Нарушения – резкие изменения состава и функции
экосистемы под влиянием внешнего фактора
вырубка
леса
наводнение
землетрясения
распашка
разлив
селевой
нефти
поток

46.

Учение о сукцессии
разработано
Владимиром Николаевичем Сукачевым
Владимир Николаевич Сукачев
Российский, советский
геоботаник, лесовод, географ,
1920 г. - член-корреспондент
Российской академии наук
c 1925 года — Академии наук
СССР и действительный член
Академии наук СССР (1943),
Герой Социалистического
Труда (1965)

47.

Сукцессии со сменой
растительности
первичные вторичные

48. Процесс сукцессии

Процесс сукцессии, по Ф. Клементсу (1916) , состоит
из нескольких этапов:
1) возникновения незанятого жизнью участка;
2) миграции на него различных организмов или их
зачатков;
3) приживания их на данном участке;
4) конкуренции их между собой и вытеснения
отдельных видов;
5) преобразования
живыми
местообитания, постепенной
условий и отношений.
организмами
стабилизации

49. Первичная сукцессия

- процесс развития и смены экосистем на
незаселенных ранее участках,
начинающийся с их колонизации.
Пример:
постоянное
обрастание голых
скал с развитием в
конечном итоге на
них леса

50.

ПИОНЕРНОЕ СООБЩЕСТВО
– сообщество живых
организмов, образующееся
на ранее не обжитых
субстратах
например: поселение
эндолитических
лишайников
Накипные лишайники
несут своеобразную
микробиоту
и содержат богатую
фауну простейших,
коловраток, нематод

51. Преобладание листоватых лишайников

сеноеды

52.

Литофильные мхи
при этом
образуется
мелкозем
(почва, состоящая
из мелких частиц),
увеличивается
количество видов

53. Гипновые мхи и сосудистые растения

• Формируется почвенный профиль
• уменьшается роль мелких
членистоногих и растет участие
более крупных беспозвоночных
— сапрофагов

54. Крупные растения

• Дальнейшее
накопление и
образование почвы
• Увеличение видового
разнообразия,
появляются
млекопитающие

55.

56. Движущая сила сукцессии

организмы изменяют среду обитания, влияя на ее
физические свойства и химический состав
среда становится
конкурентов
виды-конкуренты
обитателей
пригодной
вытесняют
для
видов-
первоначальных
Виды-конкуренты вызывают смену сообщества СУКЦЕССИЮ

57. Вторичная сукцессия

— это восстановление экосистемы, когда-то уже
существовавшей на данной территории.
Когда уже в
сложившемся
биоценозе нарушены
установившиеся
взаимосвязи
организмов в
результате пожара,
вырубки, вспашки и т. д

58.

Вторичная сукцессия сибирского темно-хвойного леса
(пихтово-кедровой тайги) после опустошительного
лесного пожара (по Н. Ф. Реймерсу, 1990)

59.

Последовательный ряд
постепенно и закономерно
сменяющих друг друга в
сукцессии сообществ называется
сукцессионной серией

60. Климаксовое растительное сообщество (Климакс)

(от греч. klimax — лестница),
конечная (кульминационная) стадия достижимого
развития (сукцессии) экосистемы в условиях
данной области.
термин, введен Ф. Клементсом (1916)
Ее характер обычно определяется климатическими
(климатический климакс), почвенными,
геоморфологическими, биотическими и
антропогенными факторами.
Климакс выражается преимущественно в
формировании относительно устойчивого
(коренного) фитоценоза
Экологический энциклопедический словарь, 1989

61. Климаксовое растительное сообщество (Климакс)

(от греч. klimax — лестница),
конечная (кульминационная) стадия развития
(сукцессии) экосистемы в условиях данной
области.
термин, введен Ф. Клементсом (1916)

62.

Примеры климаксовых сообществ
тайга
Ковыльные степи
Сосново-пихтовый лес
Влажный тропический лес

63. Закономерности сукцессионного процесса

закон последовательности прохождения фаз
развития
закон сукцессионного замедления
правило Г. Одума и Р. Пинкертона, или правило
максимума энергии поддержания зрелой системы
принцип «нулевого максимума», или
минимизации прироста в зрелой экосистеме
принцип «сукцессионного очищения», или
стабилизации и минимизации видового состава
климакса
правило степени завершенности сукцессии
закон эволюционно-экологической
необратимости