Установление пределов устойчивости существования экоси­стем актуальная задача, решение которой необходимо не только для создания теории эвтрофирования, но и для решения ряда прак­тических вопросов. Пока мы располагаем очень небольшим количест­вом данных, характеризующих поступление в озера таких концентра­ций биогенных элементов, которые приводят к нарушению сбаланси­рованности экосистем озер.

Пределы устойчивости экосистем в значительной степени опреде­ляются изменчивостью внешней среды. Пределы устойчивости озер­ных экосистем умеренной зоны выше, чем субтропиков и тропиков. Вот почему озера тропической зоны наиболее подвержены антропо­генному воздействию, несмотря на то что для экосистем этих озер характерно наличие сильных и разносторонних связей. Последнее в соответствии с гипотезой эволюционного времени подтверждает наличие прямого соотношения между разнообразием системы и ее возрастом (Thiery, 1982). По мере старения экосистем устойчивость ее возрастает и достигает своего максимума в зрелых экосистемах. Примером озерных экосистем, не достигших устойчивости, обычно называют озера Крайнего Севера. Однако, как показали исследова­ния Института озероведения РАН, это не совсем так. Здесь озера мож­но четко разделить по происхождению на ледниковые и термокарсто­вые, эти озера имеют разный возраст. Наиболее молодыми являются современные термокарстовые мелководные озера, возникшие в ре­зультате вытаивания льда из толщи минеральных грунтов или мерз­лых бугристых торфяников. Эти озера действительно имеют неста­бильную экосистему, что сказывается на видовом разнообразии планктонных и бентосных сообществ, которые значительно ниже, чем в глубоководных озерах ледникового происхождения, чей возраст определяется несколькими тысячами лет. Эти озера могут служить хорошим примером нестабильных и стабильных экосистем. Фито­планктон в первых представлен 30-56 видами против 105-127; во вто­рых зоопланктон представлен соответственно 5-8 и 19-36 видами, а простейшие соответственно 4-14 и 18-28 видами (Особенности…, 1992). Эти две группы озер различаются по функциональным показате­лям гидробионтов, прежде всего по соотношению продукционно-деструкционных процессов. В мелководных термокарстовых озерах, как правило, величины первичной продукции (Ф) значительно пре­вышают скорость деструкции органического вещества (Д), коэффи­циент Ф/Д в абсолютном большинстве озер был больше единицы. Следовательно, эти озера способны к быстрому накоплению в толще воды органического вещества, создаваемого фитопланктоном и, сле­довательно, более уязвимы к эвтрофированию при поступлении до­полнительных биогенных элементов. В глубоководных озерах со сбалансированными экосистемами наблюдалось преобладание деструкционных процессов над продукционными (коэффициент Ф/Д был меньше единицы). В более зрелых озерных экосистемах антропо­генное воздействие (поступление буровых растворов) приводит к структурным и организационным перестройкам. Уменьшаются чис­ло видов и видовое разнообразие. Особенно четко это наблюдается в зоопланктонном сообществе, число видов которого уменьшается с 19-36 в природночистых озерах до 10-13 в загрязняемых. Число видов простейших также уменьшается с 18-28 до 5-11 соответствен­но, эта тенденция проявляется и у фитопланктона. Функциональные же показатели, и прежде всего соотношение продукционно-деструкционных процессов в этой группе озер, практически не меняются. Обратная картина наблюдалась в неустойчивых молодых экосисте­мах практически отсутствовали структурные и организационные перестройки, но четко проявлялись функциональные изменения повышение интенсивности продукционных процессов не сопровожда­лось повышением деструкционных. Намечалось еще более четкое отставание деструкционных процессов от продукционных. Все это указывает на то, что мелководные озера Болыпеземельской тундры, а их большинство в этом районе, в наибольшей степени реагируют на антропогенное воздействие, поскольку оно затрагивает функцио­нальные особенности озер, что отрицательно сказывается на их жиз­неспособности.

Как отмечалось в предыдущем разделе, хорошим критерием устойчивости может быть соотношение продукционно-деструкционных процессов. Было показано, что в довольно глубоких озерах, где основным источником органического вещества является фитопланк­тон, уменьшение показателей гетеротрофной активности микроорга­низмов начинается с концентрации 0.06-0.08 мг/л общего фосфора (см. рис. 15). Указанные концентрации фосфора можно принять за тот пре­дел, превышение которого может привести к нарушению устойчивости

Рис. 16. Микробиологические процессы в озерах с различными трофическими условиями (по: Godlewska-Lipowa, 1979).

озерных экосистем. В водоемах, где высока продукция макрофитов (равна или выше продукции фитопланктона), деструкционные про­цессы значительно отстают от продукционных (суммарной первичной продукции фитопланктона и макрофитов) при значительно более низких концентрациях общего фосфора (Трансформация…, 1989).

Г. С. Шилькрот (1989) в качестве примера деградирующего озера, находящегося в критическом состоянии, приводит оз. Каракёль (г. Теберда, Северный Кавказ), где создается органического вещества больше, чем утилизируется и минерализуется.

В экологической литературе термин «экологическая устойчивость» используется в следующих значениях:

1) способность экосистемы сохранять при внешнем воздействии исходное состояние в течение некоторого времени - инертность системы (резистентная устойчивость, буферность);

2) способность экосистемы переходить из одного состояния равновесия в др., сохраняя при этом внутренние связи – пластичность системы;

3) способность экосистемы возвращаться в исходное состояние после временного внешнего воздействия - восстанавливаемость системы (упругая устойчивость, эластичность).

Первые два понятия трактуются как адаптационная устойчивость, третье – как регенерационная. Если та или иная функция экосистемы под воздействием возмущения отклоняется от «нормы», степень этого отклонения показывает относительную устойчивость системы, а время, необходимое для восстановления «нормы», - ее относительную упругость.

Существует несколько разных механизмов обеспечения экологической устойчивости:

1) постоянство достигается благодаря действию отрицательных обратных связей, сохраняющих экосистему в устойчивом состоянии (гомеостаз). В этом случае действует принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется;

2) экологическая устойчивость обеспечивается избыточностью функциональных элементов. Напр., если в состав сообщества входят несколько популяций автотрофных организмов, каждая из которых имеет свой оптимум температуры для фотосинтеза, то фотосинтез сообщества в целом будет слабо изменяться при колебании температуры в определенных условиях. В этом случае устойчивость экосистемы прямо связана с ее видовым разнообразием;

3) адаптация - перестройка структурных элементов системы без существенного изменения ее функций. Перестройка может быть и необратимой, например, в процессе эволюции.

Популяции или виды в целом развиваются в экосистемах в окружении других видов. При изучении палеоботаники «былых биосфер» Вернадский показал, что в процессе эволюции жизни на Земле структура биогеоценозов существенно менялась и усложнялась (вначале хемотрофы, затем фототрофы и т.д.). С появлением первых фототрофов (водорослей) процесс формирования первичных экосистем закончился, и цепь круговорота веществ замыкается, но были избыточные биогенные продукты → появились гетеротрофы и т.д., но эти экосистемы были неустойчивы, быстро появлялись и распадались (т.е. микроорганизмы быстро размножались – быстрая смена поколений) → эволюция ускорялась.

Возникновение многоклеточных организмов сопровождалось увеличением устойчивости экосистем. При выходе растений на сушу → много новых местообитаний → быстрая эволюция → огромное количество органического вещества оказывалось не потребленным и выводилось из биотического круговорота в виде дошедших до нас угля, нефти и т.д. пока не появилось достаточное количество консументов.

Середина мела – появились травянистые растения и однолетники → разное ускорение кругов биогенных веществ, т.к. было много животных и грызунов. Важным успехом было образование биотического круговорота – создание таких жизненных сред, в которых одна и та же порция вещества может многократно использоваться. Это стало возможным, когда возникла триада: продуцент → консумент → редуцент. Дальнейшее направление эволюции экосистем вело к уменьшению потребления вещества из биотических круговоротов и интенсификации миграции химических элементов (у животных это появление теплокровности, т.к. млекопитающие затрачивают на создание своей биомассы всего 1% потребляемых ими веществ; у растений это – появление однолетников). В процессе развития жизни происходит усложнение экосистем.

Основной интегрирующий фактор в жизни биогеоценоза – пищевые взаимоотношения. Определенная сложная структура биогеоценоза оказывается необходимой предпосылкой для поддержания его устойчивости. Наиболее хрупкие и неустойчивые экосистемы с наименьшим числом компонентов (тундра). Наиболее устойчивы экосистемы тропического леса, где потоки вещества и энергии многократно дублируются (очень много видов и малая численность каждого) – выдерживает потерю процента составляющих их компонентов без ущерба для функционирования.

Но, сейчас считают, что решающими в устойчивости экосистем факторами являются не число видов, а экологические особенности видов. Например, при современной антропогенной нагрузке преимущество в экосистеме получают короткоживущие виды (эфемеры) успевающие в результате быстрой смены поколений приспособиться к меняющимся условиям.

Итак, устойчивость экосистем поддерживается благодаря сбалансированному воспроизведению каждого из множества ее компонентов – популяций. Устойчивость обеспечивается в процессе взаимодействия видов между собой на фоне комплекса физических факторов.

Все экосистемы являются реальной средой для межвидовых взаимоотношений, → постоянные взаимодействия всех компонентов биогеоценоза оказываются причиной изменения биогеоценоза и других экосистем → преобразование биосферы.

Смена биогеоценозов – сукцессия. Климаксовое сообщество – в равновесии с окружающей средой устойчиво.

Общие черты изменения биогеоценозов:

1) все биотические системы динамичны и подвижны, чутко реагируют на влияние внешней среды;

2) в процессе развития экосистемы наблюдается удлинение цепей питания, увеличение числа трофических уровней → происходит дифференциация потоков вещества и энергии (узкая пищевая специализация видов);

3) в результате удлинения цепей питания увеличивается время удержания вещества и энергии (появляется круг долгоживущих организмов).



Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Государственный университет гуманитарных наук»

ЕСТЕСТВЕННО - ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра экологии и рационального природопользования

Курсовая работа на тему:

Оценка устойчивости экосистем к стрессовым экологическим факторам

Выполнила: Арсентьева Екатерина,

студентка 2 курса,

Направление: экология

Руководитель: Липский С.Н.,

Брянск 2008

Введение

О понятии «экосистема

Введение

Актуальность темы. Благополучие и здоровье нынешнего и будущего поколений является главной целью, на достижение которой должна быть направлена деятельность всего человечества. Одна из важнейших задач в достижении этой цели - обеспечение устойчивого экологического равновесия, экологической безопасности, которая является непременным условием устойчивого развития общества.

В настоящее же время, в результате неправильного, нерационального и научно необоснованного подхода к использованию природных ресурсов, а также в результате неверно направленной социальной политики множество экосистем, которые часто являются весьма хрупкими образованиями, подвергаются воздействию различных стрессовых экологических факторов, в том числе и антропогенного происхождения, что часто нарушает их сбалансированное и гармоничное существование, приводя к нарушению связей между её компонентами и, соответственно, угнетению её, а иногда даже к уничтожению конкретного устойчивого сообщества.

И если некоторые экосистемы являются более или менее устойчивыми сообществами, то существует также и множество экосистем, являющихся весьма хрупкими и тонко организованными взаимодействующими комплексами, к вмешательству во внутреннюю структуру и системы связей которых следует подходить крайне осторожно и аккуратно, обязательно научно обоснованными способами и методами, во избежание нарушения их систем взаимодействия между компонентами и разрушения их.

В свете вышесказанного становится ясным значение разработки вопроса об оценке степени устойчивости различных экосистем к стрессовым экологическим факторам.

Цель и задачи работы. Цель исследования - оценить степень устойчивости различных экосистем к стрессовым экологическим факторам.

В процессе достижения поставленной цели решались следующие задачи:

осветить актуальность выбранной темы, т. е. оценить значение градации экосистем по отношению к степени их устойчивости к стрессовым экологическим факторам;

рассмотреть влияние различных стрессовых факторов на экосистемы;

выяснить конкретные стрессовые факторы, влияющие на устойчивые сообщества юго-западного черноземья России.

О понятии «экосистема»

Вообще, понятие «экосистема» является ключевым понятием и основной таксономической единицей экологии, как науки. Идеи единства всего живого в природе, его непрерывного взаимодействия и обуславливания одних процессов другими в природе, ведут своё начало с античных времён. Однако современную трактовку понятие стало приобретать на рубеже XIX--XX веков. Так, немецкий гидробиолог К. Мёбиус в 1877 году описывал устричную банку как сообщество организмов, дав ему название «биоценоз». В классическом труде американского биолога С. Форбса озеро со всей совокупностью организмов определяется как «микрокосм». В современном же значении термин «экосистема» был предложен английским ботаником - экологом А. Тенсли в 1935 году, более полувека спустя после вынесения экологии в отдельную отрасль научных знаний.

Близкий по содержанию смысл вкладывается в термин «биогеоценоз», введенный в литературу академиком В. Н. Сукачевым несколько позднее, чем «экосистема» - в 1942 году. Однако, если экосистемы могут и не иметь растительного звена, например, системы, формирующиеся на базе разлагающихся органических остатков, гниющих в лесу деревьев, трупов животных и т. п., то в биогеоценозах обязательно наличие в качестве основного звена растительного сообщества (фитоценоза). Примеры биогеоценозов - однородные участки леса, луга, степи, болота и т. п. Таким образом, каждый биогеоценоз может быть назван экосистемой, но не каждая экосистема может быть названа биогеоценозом.

Чтобы пояснить терминологические неясности, соавтор В. Н. Сукачева по формированию науки биогеоценологии - профессор В. Н. Дылис - образно определил биогеоценоз как экосистему, но только в рамках фитоценоза.

Биогеоценозы и экосистемы могут различаться и по временному фактору (продолжительности существования). Любой биогеоценоз потенциально бессмертен, поскольку все время пополняется энергией за счет деятельности растительных фото - или хемосинтезирующих организмов. В то же время экосистемы без растительного звена заканчивают свое существование одновременно с высвобождением в процессе разложения субстрата всей содержащейся в нем энергии. Надо, однако, иметь в виду, что в настоящее время термины «экосистема» и «биогеоценоз» нередко рассматриваются как синонимы.

Под экосистемой (синонимы: биогеоценоз, устойчивое сообщество) понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое. Основные свойства экосистем - способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию.

Экосистема -- сложная, самоорганизующаяся, саморегулирующаяся и саморазвивающаяся система. Основной характеристикой экосистемы является наличие относительно замкнутых, стабильных в пространстве и времени потоков вещества и энергии между биотической и абиотической частями экосистемы. Из этого следует, что не всякая биологическая система может назваться экосистемой, например, таковыми не являются аквариум или трухлявый пень. Данные биологические системы (естественные или искусственные) не являются в достаточной степени самодостаточными и саморегулируемыми (аквариум) - если перестать регулировать условия и поддерживать характеристики на одном уровне, достаточно быстро она разрушится. Такие сообщества не формируют самостоятельных замкнутых циклов вещества и энергии (пень), а являются лишь частью большей системы. Такие системы следует называть сообществами более низкого ранга, или же микрокосмами. Иногда для них употребляют понятие -- фация (например, в геоэкологии), но оно не способно в полной мере описать такие системы, особенно искусственного происхождения. В общем случае в разных науках понятию «фация» соответствуют различные определения: от систем субэкосистемного уровня (в ботанике, ландшафтоведении) до понятий, не связанных с экосистемой (в геологии), либо понятие, объединяющее однородные экосистемы (Сочава В. Б.), или почти тождественное (Берг Л. С., Раменский Л. Г.) определению экосистемы.

Экосистема является открытой системой и характеризуется входными и выходными потоками вещества и энергии. Основа существования практически любой экосистемы -- поток энергии солнечного света, который является следствием термоядерной реакции, -- в прямом (фотосинтез) или косвенном (разложение органического вещества) виде, за исключением глубоководных экосистем: «чёрных» и «белых» курильщиков, источником энергии в которых является внутреннее тепло земли и энергия химических реакций.

Экологические факторы, оказывающие влияние на экосистемы

Перейдем теперь непосредственно к рассмотрению экологических факторов, влияющих на экосистемы.

Влияние окружающей среды на экосистему обычно оценивают через отдельные элементы среды, на которые её элементы (организмы) реагируют приспособительными реакциями (адаптациями) и называют их факторами окружающей среды. Под экологическими факторами понимается любой элемент или условие среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями (адаптациями). За пределами приспособительных реакций лежат летальные (гибельные для организмов) значения факторов.

Чаще всего факторы делят на три группы:

1. Факторы абиотические, или физико-химические. Это факторы неживой природы. К ним относятся климатические, атмосферные, почвенные (эдафические), геоморфологические (орографические), гидрологические и другие.

2. Факторы биотические. Это факторы живой природы - влияние одних организмов или их сообществ на другие. Эти влияния могут быть со стороны растений (фитогенные), животных (зоогенные), микроорганизмов, грибов и т. п.

3. Факторы антропогенные - факторы человеческой деятельности. В их числе различают прямое влияние на организмы (например, промысел) и косвенное - влияние на местообитание (например, загрязнение среды, уничтожение кормовых угодий, строительство плотин на реках и т. п.).

Также существует классификация факторов по периодичности и направленности действия, степени адаптации к ним организмов. В этом отношении выделяют факторы, действующие строго периодически (смены времени суток, сезонов года, приливно-отливные явления и т. п.), действующие без строгой периодичности, но повторяющиеся время от времени. Сюда относятся погодные явления, наводнения, ураганы, землетрясения и т. п. Следующая группа - факторы направленного действия, они обычно изменяются в одном направлении (потепление или похолодание климата, зарастание водоемов, заболачивание территорий и т. п.). И последняя группа - факторы неопределенного действия. Сюда относятся антропогенные факторы, наиболее опасные для организмов и их сообществ. Таковы основные классификации экологических факторов.

Экологические факторы имеют некоторые закономерности по их влиянию на устойчивые сообщества. В комплексе их действия можно выделить закономерности, которые являются в значительной мере универсальными (общими) по отношению к экосистемам. К таким закономерностям относятся правило оптимума, правило взаимодействия факторов, правило лимитирующих факторов и некоторые другие правила.

Правило оптимума. В соответствии с этим правилом для экосистемы, организма или определенной стадии его развития имеется диапазон наиболее благоприятного (оптимального) значения фактора. За пределами зоны оптимума лежат зоны угнетения, переходящие в критические точки, за которыми существование невозможно. К зоне оптимума обычно приурочена максимальная плотность популяции. Зоны оптимума для различных организмов неодинаковы. Для одних они имеют значительный диапазон. Такие организмы относятся к группе эврибионтов. Организмы с узким диапазоном адаптации к факторам называются стенобионтами. Важно подчеркнуть, что зоны оптимума по отношению к различным факторам различаются, и поэтому организмы полностью проявляют свои потенциальные возможности в том случае, если весь спектр факторов имеет для них оптимальные значения.

Правило взаимодействия факторов. Сущность его заключается в том, что одни факторы могут усиливать или смягчать силу действия других факторов. Например, избыток тепла может в какой-то мере смягчаться пониженной влажностью воздуха, недостаток света для фотосинтеза растений - компенсироваться повышенным содержанием углекислого газа в воздухе и т. п. Из этого, однако, не следует, что факторы могут взаимозаменяться. Они не взаимозаменяемы.

Правило лимитирующих факторов. Сущность этого правила заключается в том, что фактор, находящийся в недостатке или избытке (вблизи критических точек) отрицательно влияет на многих членов экосистемы и, кроме того, ограничивает возможность проявления силы действия других факторов, в том числе и находящихся в оптимуме. Например, если в почве имеются в достатке все, кроме одного, необходимые для растения химические элементы, то рост и развитие растения будет обусловливаться тем из них, который находится в недостатке. Все другие элементы при этом не проявляют своего действия. Лимитирующие факторы обычно обусловливают границы распространения видов (популяций), их ареалы. От них зависит продуктивность организмов и сообществ. Поэтому крайне важно своевременно выявлять факторы минимального и избыточного значения, исключать возможности их проявления (например, для растений - сбалансированным внесением удобрений).

Человек своей деятельностью часто нарушает практически все из перечисленных закономерностей действия факторов. Особенно это относится к лимитирующим факторам (разрушение местообитаний, нарушение режима водного и минерального питания растений и т.п.).

Стрессовые экологические факторы

Именно лимитирующие факторы в тот или иной отрезок времени оказываются приоритетными. На этих факторах эколог и должен сосредоточить свое внимание при изучении экосистем и управлении ими. Остановимся, поэтому, подробнее на лимитирующих факторах, являющихся стрессовыми экологическими факторами для экосистем.

Даже один экологический фактор, выйдя за пределы зоны оптимума, приводит к стрессовому состоянию экосистемы и становится для неё стрессовым экологическим фактором. Идея о том, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, впервые была высказана немецким химиком Юстасом Либихом в 1840 году. Он первым обнаружил, что урожайность (т.е. оптимальный рост) сельскохозяйственных культур часто лимитируется не теми элементами питания, в которых растение нуждается в больших количествах, а теми, которых нужно мало, другими словами, микроэлементами. Например, лимитирующим фактором является такой элемент питания растений, как цинк. В окружающей среде почти всегда имеются в чрезмерных количествах двуокись углерода и вода, поэтому они не являются факторами, которые ограничивают развитие организмов. А вот цинка в почве очень мало, да и потребности растений в нем не большие, но рост растений будет продолжаться до тех пор, пока не будет исчерпан весь запас цинка. Поэтому наличие цинка и является лимитирующим фактором.

Закон минимума (закон Либиха) звучит так: рост растения зависит от того элемента питания, который имеется в минимальном количестве; успешность роста и урожайность сельскохозяйственных культур зависят от вещества, которые есть в минимуме по сравнению с другими необходимыми веществами. Позже, в 1909 году английский ученый, физиолог растений Фредерик Блэкман расширил этот закон и сформулировал закон лимитирующих факторов: факторы среды, имеющие в конкретных условиях наихудшее значение, больше ограничивают возможность существования члена устойчивого сообщества в этих условиях, несмотря на оптимальное соотношение других условий.

Впоследствии закон минимума был дополнен двумя вспомогательными принципами:

1) ограничительным - он заключается в том, что закон Либиха может быть применен только в условиях стационарного состояния, то есть тогда, когда приток и отток веществ и энергии четко сбалансирован;

2) принципом взаимодействия факторов, который заключается в том, что высокая концентрация одного фактора может изменять скорость потребления организмами того элемента питания, который находится в минимальном количестве. Иногда и организм становится способным заменять дефицитный элемент другим, химически близким. Например, некоторым растениям нужно меньше цинка, если они растут не на ярком солнечном свете, а в тени: таким образом, концентрация цинка в почве с меньшей вероятностью будет лимитирующей для растений в тени, чем при ярком освещении.

Стрессовым фактором для экосистемы может оказаться фактор, количественное значение которого находится не только в недостатке, но и в избытке. Понятие лимитирующего влияния максимума ввел Виктор Эрнст Шелфорд в 1913 г, сформировав закон толерантности (закон Шелфорда): «лимитирующим фактором для организма (экосистемы) может быть как минимум, так и максимум влияния, диапазон между которыми определяет степень выносливости (толерантности) организма к данному фактору». Согласно этому закону, любой избыток вещества или энергии в экосистеме становится для нее вредным.

При изучении экосистем необходимо заострить внимание на изучении лимитирующих экологических факторов, так как именно эти знания дают ключ к управлению экосистемами и возможности грамотного вмешательства в их структуры и взаимосвязи их элементов. Например, содержание кислорода в наземных местообитаниях велико, и он настолько доступен, что практически никогда не служит лимитирующим фактором (за исключением больших высот и антропогенных систем). Кислород мало интересует экологов, занимающихся наземными экосистемами. А в воде он нередко является фактором, лимитирующим развитие живых организмов («заморы» рыб, например). Поэтому гидробиолог всегда измеряет содержание кислорода в воде, в отличие от ветеринара или орнитолога, хотя для наземных организмов кислород не менее важен, чем для водных.

Лимитирующие факторы определяют и географический ареал вида. Так, продвижение организмов на север лимитируется, как правило, недостатком тепла. Биотические факторы также часто ограничивают распространение тех или иных организмов. Например, завезенный из Средиземноморья в Калифорнию инжир не плодоносил там до тех пор, пока не догадались завезти туда и определенный вид осы - единственного опылителя этого растения. Выявление лимитирующих факторов очень важно для многих видов деятельности, особенно сельского хозяйства. При целенаправленном воздействии на лимитирующие условия можно быстро и эффективно повышать урожайность растений и производительность животных. Так, при разведении пшеницы на кислых почвах никакие агрономические мероприятия не дадут эффекта, если не применять известкование, которое снизит ограничивающее действие кислот. Или, если выращивать кукурузу на почвах с очень низким содержанием фосфора, то даже при достаточном количестве воды, азота, калия и других питательных веществ она перестает расти. Фосфор в данном случае - лимитирующий фактор. И только фосфорные удобрения могут спасти урожай. Растения могут погибнуть и от слишком большого количества воды или избытка удобрений, которые в данном случае тоже являются лимитирующими факторами.

Знание лимитирующих факторов даёт ключ к управлению экосистемами. Однако в разные периоды жизни устойчивого сообщества и в разных ситуациях в качестве лимитирующих выступают различные факторы. Поэтому только умелое регулирование условий существования может дать эффективные результаты управления.

В природе экологические факторы действуют не независимо друг от друга - они взаимодействуют. Анализ влияния одного фактора на сообщество не самоцель, а способ оценки сравнительной значимости различных условий, действующих совместно в реальных экосистемах.

Совместное влияние факторов можно рассмотреть на примере зависимости смертности таких членов сообщества, как личинки крабов, от температуры, солености и присутствия кадмия. При отсутствии кадмия экологический оптимум наблюдается в интервале температур от 20 до 28°С и солености - от 24 до 34 промилле. Если в воду добавляется токсичный для ракообразных кадмий, то экологический оптимум смещается: температура лежит в интервале от 13 до 26°С, а соленость - от 25 до 29 промилле. Изменяются и пределы толерантности. Разница между экологическим максимумом и минимумом для солености после добавки кадмия уменьшается с 11- 47 промилле до 14-46 промилле. Предел толерантности для температурного фактора, наоборот, расширяется с 9 - 38°С до 0 - 42°С. Температура и влажность - самые важные климатические факторы в наземных местообитаниях. Взаимодействие этих двух факторов, по существу, формирует два основных типа климата: морской и континентальный. Водоемы смягчают климат суши, так как вода обладает высокими удельной теплотой плавления и теплоемкостью. Поэтому морскому климату свойственны менее резкие колебания температуры и влажности, чем континентальному.

Компенсация экологических факторов - это стремление организмов ослабить лимитирующее действие физических, биотических и антропогенных влияний. Компенсация факторов возможна на уровне организма и вида, но наиболее эффективна на уровне сообществ. При разных температурах одно и то же сообщество, имеющее широкое географическое распространение, может приобретать физиологические и морфологические особенности, адаптированные к местным условиям.

На уровне сообщества компенсация факторов может осуществляться сменой видов по градиенту условий среды; например, при сезонных изменениях происходит закономерная смена видов растений.

Таким образом, смысл анализа условий среды состоит не в том, чтобы составить необъятный перечень экологических факторов, а в том, чтобы обнаружить функционально важные, лимитирующие факторы и оценить, в какой степени состав, структура и функции экосистем зависят от взаимодействия этих факторов. Только в этом случае удается достоверно прогнозировать результаты изменений и нарушений и управлять экосистемами.

Крупномасштабные стрессовые воздействия выводят экосистему из состояния равновесия, что часто приводит к ее разрушению. В результате естественных катаклизмов (пожаров, наводнений, извержений вулканов, землетрясений, отступания ледников) или антропогенных изменений окружающей среды (пожаров, открытой добычи полезных ископаемых, загрязнения, затопления участков суши под водохранилища, расчистки территорий под пашни) существовавшая ранее на данной территории экосистема разрушается.

Стрессовые экологические факторы антропогенного происхождения

Рассмотрим стрессовые экологические факторы антропогенного происхождения, как наиболее резко влияющие на природные и искусственно созданные экосистемы. Самыми яркими примерами антропогенных лимитирующих факторов являются пожары и антропогенный стресс.

Пожары как антропогенный фактор чаще всего является негативным стрессовым экологическим фактором. Пожары бывают различных типов и приводят к разным последствиям.

Верховые, или «дикие» пожары обычно очень интенсивны и не поддаются сдерживанию. Они уничтожают крону деревьев и разрушают всю органику почвы. Пожары такого типа оказывают лимитирующее действие почти на все организмы сообщества. Должно пройти много лет, пока участок вновь восстановится. экосистема экологический стрессовый

Низовые пожары совершенно иные. Они обладают избирательным действием: для одних организмов сообщества оказываются более лимитирующими, чем для других. Таким образом, низовые пожары способствуют развитию организмов с высокой толерантностью к их последствиям.

Однако порой пожары оказывают и благоприятное воздействие на устойчивые сообщества. Например, плановое выжигание - пример управления природной экосистемой с помощью лимитирующего экологического фактора.

Решение вопроса о том, следует ли полностью исключить возможность пожаров или огонь надо использовать как фактор управления, должно целиком зависеть от того, какой тип сообщества желателен на этом участке. Американский эколог Г. Стоддард одним из первых выступил «в защиту» контролируемых плановых выжиганий для увеличения продукции ценной древесины и дичи еще в те времена, когда с точки зрения лесоводов любой пожар считался вредным.

Вопрос «жечь или не жечь», конечно, может смущать. По неосторожности человек нередко бывает причиной увеличения частоты губительных «диких» пожаров. Борьба за пожарную безопасность в лесах и зонах отдыха - вторая сторона проблемы.

Частное лицо ни в коем случае не имеет права намеренно или случайно вызывать пожар в природе - это привилегия специально обученных людей, знакомых с правилами землепользования.

Антропогенный стресс также может рассматриваться как стрессовый экологический фактор. Экосистемы в значительной степени способны компенсировать антропогенный стресс. Возможно, что они от природы адаптированы к острым периодическим стрессам. А многие организмы нуждаются в случайных нарушающих воздействиях, которые способствуют их долговременной устойчивости. Большие водоемы часто обладают хорошей способностью к самоочищению и восстанавливают свои качества после загрязнения, так же как и многие наземные экосистемы. Однако долговременные нарушения могут привести к выраженным и устойчивым негативным последствиям. В таких случаях эволюционная история адаптации не может помочь организмам - компенсационные механизмы не беспредельны. Особенно это касается тех случаев, когда сбрасываются сильнотоксичные отходы, которые постоянно производит индустриализованное общество и которые ранее отсутствовали в окружающей среде. Если мы не сможем изолировать эти ядовитые отходы от глобальных систем жизнеобеспечения, то они будут угрожать непосредственно нашему здоровью и станут для человечества основным лимитирующим фактором.

Антропогенный стресс условно подразделяют на две группы: острый и хронический. Для первого характерны внезапное начало, быстрый подъем интенсивности и небольшая продолжительность. При втором - нарушения невысокой интенсивности продолжаются долго или повторяются. Природные системы часто обладают достаточной способностью справляться с острым стрессом. Например, стратегия покоящихся семян позволяет лесу восстановиться после вырубки. Последствия хронического стресса могут быть более тяжелыми, так как реакции на него не столь очевидны. Могут пройти годы, пока изменения в организмах будут замечены. Так, связь между заболеванием раком и курением была выявлена лишь несколько десятков лет тому назад, хотя существовала давно.

Пороговый эффект частично объясняет, почему некоторые проблемы окружающей среды возникают как бы неожиданно. На самом деле они накапливались долгие годы. Например, в лесах начинается массовая гибель деревьев после длительного воздействия загрязнителей воздуха. Мы же начинаем замечать проблему только после гибели многих лесов в Европе и Америке. К этому времени мы опоздали на 10-20 лет и не смогли предотвратить трагедию.

В период адаптации к хроническим антропогенным воздействиям снижается толерантность организмов и к другим факторам, например к болезням. Хронические стрессы часто связаны с токсичными веществами, которые, хотя и в небольших концентрациях, но постоянно поступают в окружающую среду.

Опасность, возможно, катастрофическую, представляет загрязнение грунтовых вод и глубоких водоносных горизонтов, составляющих значительную долю водных ресурсов на планете. В отличие от поверхностных, грунтовые воды не подвержены естественным процессам самоочищения ввиду отсутствия солнечного света, быстрого течения и биотических компонентов.

Опасения вызывают не только вредные вещества, попадающие в воду, почву и пищу. Миллионы тонн опасных соединений выносятся в атмосферу. Только над Америкой в конце 70-х годов выбрасывалось: взвешенных частиц - до 25 млн. т/год, SO2 - до 30 млн. т/год, NO - до 23 млн. т/год.

Все мы вносим свой вклад в загрязнение воздуха, пользуясь автомашинами, электричеством, промышленными товарами и т. д. Загрязнение воздуха - четкий сигнал отрицательной обратной связи, который может спасти общество от гибели, так как он легко обнаруживается всеми.

Обработка твердых отбросов долгое время считалась второстепенным делом. До 1980 года бывали случаи, когда на бывших свалках радиоактивных отходов строили жилые кварталы. Теперь, хотя и с некоторым опозданием, стало ясно: накопление отходов лимитирует развитие промышленности. Без создания технологий и центров по их удалению, обезвреживанию и рециркуляции невозможен дальнейший прогресс индустриального общества. Прежде всего, необходимо безопасно изолировать самые ядовитые вещества. Нелегальную практику «ночных сбросов» надо заменить их надежной изоляцией. Нужно искать заменители ядовитых химикатов. При правильном руководстве обезвреживание и утилизация отходов могут стать особой отраслью промышленности, которая даст новые рабочие места и внесет вклад в экономику.

Решение проблемы антропогенного стресса должно основываться на холистической концепции. Оно требует системного подхода. Попытки заниматься каждым загрязняющим веществом как самостоятельной проблемой неэффективны - они лишь переносят проблему из одного места в другое.

Если в ближайшем десятилетии не удастся сдержать процесс ухудшения качества окружающей среды, то вполне вероятно, что не дефицит природных ресурсов, а воздействие вредных веществ станет фактором, лимитирующим развитие цивилизации.

Список используемой литературы

Воронков Н.А. Основы общей экологии: Учебник для студентов высших учебных заведений. Пособие для учителей. - М.: Агар, 1999. - 96 с.

Степановских А.С. Экология: Учебник для вузов.-- М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.

Одум Ю. Экология: в 2 томах. Пер. с англ. - М.: Мир,1986. - 328с

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

Исследование особенностей эволюции и общая характеристика экологических ниш человека. Размещение населения и анализ комплекса требований к факторам окружающей среды и жизни современного человека. Оценка состояния радиационной экологии наземных экосистем.

контрольная работа , добавлен 16.09.2011


Зональный характер ведущих абиотических и биотических факторов забуференности водных экосистем. Токсичность поллютантов и характеристика токсикорезистентности пресноводных биоценозов. Экологическая роль рыбохозяйственных ПДК для загрязняющих веществ.

Специфичность водных экосистем Беларуси. Влияние естественных и антропогенных факторов воздействия на состояние водных экосистем. Водные экосистемы Бреста и Брестской области. Анализ их загрязнения. Карстовые озера. Озера-старицы. Водохранилища. Пруды.

курсовая работа , добавлен 16.05.2016


Особенности взаимосвязи живых организмов друг с другом со средой обитания. Понятие и виды экосистем, их значение в природе и жизни человека. Оценка экологического состояния Челябинской области. Методика ознакомления старших дошкольников с экосистемами.

реферат , добавлен 22.05.2013


Понятие "продуктивность экосистем", ее виды, классификация экосистем по продуктивности. Четыре последовательные ступени (или стадии) процесса производства органического вещества. Видовой состав и насыщенность биоценоза. Экологическая стандартизация.

контрольная работа , добавлен 27.09.2009


Изучение экосистем вблизи озера Бездонница: географическое и геоморфологическое положение болот, их форма, размеры, водно-минеральное питание, микроландшафт; гидрографическая сеть, флора. Сбор гербария, определение вида и степени разложения торфа.

отчет по практике , добавлен 05.09.2012


Исследование и анализ степени негативного влияния человека на природные комплексы. Определение синантропизации. Классификация синантропных видов растений, их типы и экологическое значение. Общие механизмы генетической адаптации к стрессовым условиям.

реферат , добавлен 18.06.2015


Предельно допустимые нормы нагрузки на природную среду. Нормирование воздействий на растительный и животный мир. Информативная биогеохимическая оценка состояния растительных экосистем. Характеристика ботанических критериев нарушенности экосистем.

реферат , добавлен 10.12.2010


Понятие биосферы, ее компоненты. Схема распределения живых организмов в биосфере. Загрязнение экосистем сточными водами. Преобладающие загрязняющие вещества водных экосистем по отраслям промышленности. Принципы государственной экологической экспертизы.

контрольная работа , добавлен 06.08.2013


Экологическая сукцессия как процесс постепенного изменения состава, структуры и функции экосистем под влиянием внешнего или внутреннего фактора. Смена экосистем под влиянием жизнедеятельности организмов, деятельности человека и абиотических факторов.

Любая экосистема приспосабливается к изменениям внешней среды, находится в постоянной динамике. Суточная, сезонная и многолетняя периодичность внешних условий и проявление внутренних ритмов организмов отражаются в цикличности всего сообщества – биоценоза.

Суточные циклы наиболее резко выражены в условиях климата высокой континентальности, где значительная разница между дневными и ночными температурами. (Например, в песчаных пустынях Средней Азии в жаркий полдень многие животные прячутся в норы, или ведут ночной образ жизни)

Сезонная цикличность выражается в том, что на определенный пе­риод из биоценоза «выпадают» группы животных и даже целые популяции, впадающие в спячку, в период диапауз или оцепенений, при исчезновении однолетних трав, опаде листвы и т. п.

Многолетняя цикличность проявляется благодаря изменениям климата. Многолетняя периодичность в изменении численности биоценоза, вызванная резко неравномерным выпадением осадков по годам, с периодическим повторением засух, хорошо иллюстрируется повторением массовых размножений животных, например саранчовых (налеты саранчи).

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями (флуктуации), направленную динамику – развитие. Развитие – изменение с внедрением новых видов, смена видов.

Экосистема, как и биосфера в целом, может изменяться в пространстве и во времени. Покой и устойчивость экосистемы относительны. Простое сообщество сменяется более сложным, с богатым биологическим разнообразием. Усложняется пространственная и трофическая структура, что делает экосистему более устойчивой. Последовательность сообществ, сменяющих друг друга, называется сукцессией.

Сукцессия (Н. Ф. Реймерс (1990)) – последовательная смена биоценозов, преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов или воздействия человека.

В более узком смысле, сукцессия – это последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данном районе.

Стабилизированную экосистему называют климаксом. В этом состоянии система находится тогда, когда в ней на единицу энергии приходится максимальная биомасса

Различают первичную и вторичную сукцессии.

1) Первичная сукцессия – происходит, если формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате.

Первичная сукцессия позволяет проследить формирование сообществ с самого начала (на образовавшейся отмели при отступлении моря и изменении русла реки, на склонах послей оползней).

Пример первичной сукцессии – зарастание еловым лесом новых территорий на севере страны.

Ельник – это уже последняя климаксная стадия развития экоси­стемы в климатических условиях севера, т. е. уже коренной биоценоз. Вначале же здесь развиваются березняки, ольховники, осинники, под пологом которых растут ели. Постепенно они перерастают березу и вытесняют ее, захватывая пространство. Семена обеих древесных пород легко переносятся ветром, но если даже они прорас­тут одновременно, береза растет намного быстрее – к шести–десяти годам ель едва достигает 50–60 см, а береза – восьми–десяти метров. Под уже сомкнутыми кронами берез возникает уже свой микроклимат, обилие опада листьев способствует формированию особых почв, поселяются многие животные, разнообразный травянистый покров. А ель продолжает расти в столь благоприятной обстановке, и, наконец, береза не выдерживает конкуренции с ней за пространство и свет и вытесняется елью.

2) Вторичная сукцессия – это последовательная смена одного сообщества, существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий.

Вторичная сукцессия является, как правило, следствием деятельности человека. Например, описанная выше смена растительности при формировании ельника чаще происходит в результате вторичной сукцессии, возникающей на вырубках ранее существовавшего леса. Вторичная сукцессия заканчивается стабильной стадией сообщества через 150–250 лет, а первичная длится 1000 лет.

Существует два вида изменения экосистем. Первый связан с возникновением биоценоза на бесплодном субстрате – песчаных наносах, камнях, застывшей вулканической лаве – первичная сукцессия. Второй вид изменений связан с пожарами, вырубками – вторичная сукцессия.

Основной причиной смены экосистем является изменение условий жизни видов вследствие их собственной жизнедеятельности.

Первые поселившиеся на бесплодном субстрате сообщества организмов называют пионерами. К их числу относят бактерии и лишайники. В процессе своей жизнедеятельности они выделяют вещества, которые способствуют превращению материнской породы в почву, созданию некоторого запаса растворимых питательных веществ. На почве, не богатой питательными элементами, поселяются моховидные растения, вытесняя лишайники. Мхи удерживают влагу, что создает условия для размножения и расселения цветковых травянистых, а затем и древесных растений. Отмершие части растений служат пищей для живущих в почве мелких животных, грибов, бактерий. Таким образом, увеличивается видовое разнообразие, возрастает биомасса, усложняется пространственная и трофическая структура сообществ. Нестабильные неустойчивые сообщества постепенно переходят в более устойчивые, обеспечивая состояние экосистемы, близкое к равновесному.

Второй вид изменений происходит на месте существовавших ранее сообществ, которые были разрушены в результате пожара, вырубки или других причин. Следовательно, данное изменение отличается от первого тем, что уже имеется почва и некоторые организмы.

Дубрава, ковыльная степь, ельники темнохвойной тайги – это примеры длительно существующих, устойчивых экосистем, которые образовались постепенно в результате естественной смены сообществ. Пустоши, сырые луга, мелкие водоемы, если их предоставить самим себе, быстро изменяются. Они постепенно зарастают другой растительностью, заселяются животными иных видов и превращаются в экосистемы иного типа. На месте болота может вырасти лес; луга зарастают порослью кустарников и т.п.

Существуют о гетеротрофные сукцессии. Например, отмершее дерево.

Устойчивость – способность экосистемы сохранять свою структуру и функциональные свойствапри воздействии внешних факторов, способность возвращаться в исходное состояние. Устойчивыми будут экосистемы в климаксовой стадии. Дубрава, ковыльная степь, тайга – пример упругих экосистем. Но и среди природных (зональных) экосистем есть различия в устойчивости. Лиственные леса более пластичны, чем хвойные. Степь устойчивее тундры. Все сукцессионные стадии – неустойчивые экосистемы, которые стремяться к устойчивости.

Главным условием устойчивости является видовое разнообразие. Устойчивость определяется соответствием видового разнообразия экосистемы условиям жизни и степенью развитости этих экосистем.

Видовое разнообразие обеспечивает функции экосистемы засчет:

1. Взаимной дополнительности видов. Н-р. В лесу виды делят свет по ярусам, в почве виды делят пищу, разделение труда у животных: время активности, место выведения потомства и т.д.)

2. Взаимозаменяемость видов. Со схожими экологическими требованиями виды могут заменять друг друга в выполнении функций. Н-р, насекомые опылители, разные виды елей, пихты.

3. Регуляторные свойства. Саморегуляция на свойствах обратной связи. Чем разнообразнее виды, тем больше у жертвы хищников.

4. Надежность обеспечения. Главная функция – создание органического вещества, его разрушение и регуляция численности обеспечивается многими видами, которые страхуют деятельность друг друга. Н-р, разлагать целлюлозу в почве могут бактерии, грибы, клещи, дождевые черви

Глобальная экологическая проблема – снижение видового разнообразия, которое грозит устойчивости всей биосферы. Важно не допустить снижения видового разнообразия до такого уровня, который отразится на устойчивости биосферы.

К неустойчивым относятся все антропогенные системы.

Агроэкосистемы. Пути повышения их устойчивости и урожайности .

Устойчивую регуляцию численности отдельных видов может осуществлять только сложное сообщество. Одно из современных направлений в сельском хозяйстве – поддержание как можно большего видового разнообразия на полях и их окружении. Из-за изъятия урожая агроценозы не в состоянии поддерживать круговорот веществ. Почва быстро истощается, если не вернуть в нее биогенные элементы в виде минеральных и органических удобрений. Поддерживать устойчивый биологический круговорот веществ можно при экологически грамотном создании агроэкосистем.

Агроэкосистемы – это такие сознательно спланированные человеком территории, на которых сбалансировано получение сельскохозяйственной продукции и возврат ее составляющих на поля. Высокое биологическое разнообразие поддерживается за счет специально спланированного ландшафта: чередование полей, лугов, перелесков, создание живых изгородей, лесополос, водоемов и т.п. Большую роль в поддержании разнообразия видов на полях играет правильная организация севооборотов, чередование культур во времени и в пространстве. Наиболее передовым направлением современного сельского хозяйства является переход от принципов противоборства с природой к принципам сотрудничества с ней. Это означает максимальное следование экологическим законам в сельскохозяйственной практике.

Аутэкология изучает взаимоотношения представителей одного вида с окружающей его средой. Опирается на исследование процессов адаптации видов к окружающей среде.(факторальная экология). Экология человека тоже изучает влияние (нормирование) факторов среды, ее экстремальных воздействий на организм.

Окружающий нас живой мир состоит из организмов, которые постоянно воспроизводят себя. Одна тля может за лето оставить более 300 млн. потомков. Заложена способность размножаться беспредельно. Но беспредельного роста численности нет, главный ограничитель- нехватка ресурсов. Для растений – минеральных солей, углекислого газа, воды, света. Для животных – пищи, воды. запасы этих ресурсов сдерживают размножение. Второй ограничитель – влияние различных неблагоприятных условий, замедляющий рост и размножение. Рост растений зависит от погоды. Размножение водных обитателей тормозится низким содержанием кислорода в воде. Кроме того, происходит отсев и гибель уже произведенных зародышей илимолодых особей. Например, не все желуди прорастают. Высокой плодовитостью отличаются виды, у которых очень велика гибель особей в природе.

Закон – результаты развития организма определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится.

Эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды, выражающееся в изменении их внешних и внутренних особенностей – адаптация. Принцип Ле-Шателье: «Эволюция любой системы идёт в направлении снижения потенциальной опасности». Согласно этому принципу, эволюция организма способствует его адаптации к изменяющимся внешним воздействиям.

Экологические факторы – это определённые условия и элементы среды, которые оказывают специфическое воздействие на организм.

Экологические факторы: 1- абиотические. 2 –биотические. 3- антропогенные.

Абиотические факторы – совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений

Абиотические факторы