Загальні принципи стійкості екосистем

Стійкість екосистем забезпечується рівновагою популяцій, яких в екосистемі може бути сотні чи навіть тисячі. У свою чергу, рівно-вага залежить від співвідношення біотичного потенціалу („тиску життя”) і опору середовища, які діють у протилежних напрямах.

Біотичний потенціал - це сукупність чинників, які сприяють збільшенню чисельності популяції:

J велика швидкість розмноження;

J поповнення статевозрілого складу за рахунок потомства;

J достатня кількість їжі;

J здатність розширювати свій ареал;

J параметри довкілля в зоні оптимуму виду.

Опір середовища включає чинники, що протидіють збіль-шенню популяції, зокрема:

J нестача їжі;

J несприятливі умови життя;

J розмноження хижаків;

J поширення хвороботворних бактерій;

J низька репродуктивна здатність;

J сприйнятливість до хвороб і паразитів;

J нездатність адаптуватися до змін зовнішнього середовища;

J вузька екологічна ніша.

Оскільки кожна популяція прагне збільшити свою чисель-ність, вона використовує для цього два механізми: збільшує біотичний потенціал за рахунок міграцій, освоєння нових тери-торій і зменшує опір середовища, виробляючи численні при-стосування до несприятливих умов існування: освоєння нових видів їжі, посилення захисних функцій організму. Так, дуб захи-щається від гусені, синтезуючи таніни (гіркі на смак речовини, що викликають порушення функціонування травної системи гусені); сосни на Донеччині ростуть на вапнякових відслонен-нях, віддаючи перевагу в центральній Україні піщаним ґрунтам.

Зменшення опору середовища може зумовити популяцій-ний вибух - різке зростання чисельності окремої популяції (такі явища часто відбуваються з інтродукованими видами). З іншого боку, несприятливі умови навколишнього середовища спричи-няють масову загибель певної популяції (розмноження хворо-ботворних організмів; отруєння пестицидами бджіл тощо).

Збільшення чисельності видів в екосистемі зменшує ймовір-ність таких ситуацій, тому різноманітність екосистем забезпе-чує їх стабільність.

Усі природні екосистеми, які сформувалися протягом трива-лого історичного часу, характеризуються досить великою стійкі-стю. Для них існує ряд закономірностей формування і стійкого існування, що визначаються чотирма головними екологічними принципами стійкості екосистем.

Перший принцип був встановлений Августом Тінеманом (1939): чим більш різноманітні умови біотопу, тим більше число видів у біоценозі. Прикладом може стати тропічний ліс, де надзвичайно велика кількість екологічних ніш у різних ярусах рослинного покриву та ґрунту, різноманітність видів рослин і рівний без коливань клімат, призводять до того, що у цьому середовищі про-живає найбільше число видів тварин. Тисячі видів комах одно-часно живуть поряд і займають кожний свою екологічну нішу.

Другий принцип також сформульований Августом Тінеманом: чим більше умови біотопу відхиляються від норми і від власти-вого організму оптимуму, тим бідніший видами і специфічніший біоценоз (тим більша чисельність окремих видів).

„Відхилення від норми”, про які йде мова, характерні для тих біотопів, де умови клімату далекі від сприятливих: солоні озера, гарячі джерела, бідні на кисень глибини озер, а також полярні льо-дяні пустелі і високогір’я. Розповсюджується це і на території, які зруйновані людиною: забруднені водойми та індустріальні ланд­шафти. Вони зберегли незначні залишки вихідної фауни і флори.

Третій принцип сформулював Г. Франц: чим більш плавно змі­нюються умови середовища у біотопі, чим більш тривалий час він залишається незмінним, чим багатший видами біоценоз, тим більш зрівноважена і стабільна екосистема. Тому старі клі-максні угруповання найбільш різноманітні і стабільні. Коралові рифи, вологі тропічні ліси, печери, стародавні озера (оз. Байкал), є наочними прикладами прояву цього екологічного принципу.

Четвертий принцип сформульований Й. Іллієсом: близь- коспоріднені види, як правило, не зустрічаються одночасно в одному і тому ж місці, тобто не займають однакові екологічні

ніші всередині біотопу, тому багаті видами роди, звичайно, представлені у біоценозах тільки яким-небудь одним видом.

ЗВЕРНІТЬ УВАГУ

Основною умовою, яка визначає життєздатність окре-мого виду й екосистеми загалом, - це здатність підтриму-вати рівновагу між видами завдяки кругообігу біогенних хімічних елементів і стійкому потоку енергії34. Циклічні явища, що супроводжувалися зміною кліматичних умов на Землі,зумовлювали зміни і в рослинному та тваринному світізб. Назавжди зникли величезні травоїдні динозаври, мамонти, шаблезубі тигри, птеродактилі тощо. Вчені нази­вають багато причин їх загибелі, серед яких - падіння вели­кого метеорита, зміна клімату, знищення людиною.

Підсумовуючи даний розділ, необхідно звернути увагу, що цілісність і стійкість екосистем (за Б. Небелом) забезпечується трьома принципами:

I. Кругообігом хімічних елементів - одержання ресурсів і поз­бавлення відходів відбувається в рамках кругообігу всіх хімічних елементів.

II. Використанням сонячної енергії - екосистеми існують за рахунок сонячної енергії, яка не забруднює середовище,

34 До найбільш стійких наземних екосистем помірних широт відносять широколистяні ліси, які складаються приблизно із 100 видів рослин і кількох тисяч видів тварин. Така екоси-стема може існувати віками при відносно невеликих коливаннях зовнішніх умов.

35 За час існування біосфери (близько 1 млрд. років) у процесі біологічної еволюції через природний відбір пройшло у 1000 разів більше число видів (мікробів, грибів, рослин, тварин) ніж існує зараз (на даний час- близько 10?, число особин - близько 10з?) практично вічна і кількість якої відносно стала й надлиш-кова. Російському вченому, основоположнику геліобіології О. Чижевському належать такі слова: „Люди і всі тварі земні є „дітьми Сонця” - „творіннями” складного світового процесу, що має свою історію, в якому наше Сонце займає не випадкове, а закономірне місце разом з іншими генераторами космічних сил. Велич полярних сяйв, цвітіння троянди, творча робота, думка - все це прояв променистої енергії Сонця”.

III. Передачею енергії ланцюгами живлення - чим більша біо­маса популяції, тим нижчим має бути трофічний рівень, який вона займає.

САМОСТІЙНІ ЗАВДАННЯ ДО РОЗДІЛУ IV

Питання для роздумів, самоперевірки, повторення

1. Що вивчає синекологія? Назвіть напрями її розвитку.

2. Які типи живлення ви знаєте?

3. Поясніть схему процесів фотосинтезу та хемосинтезу.

4. Порівняйте особливості живлення рослинних, тваринних та мікроорганізмів.

5. Поясніть екологічне значення явища поліфагії.

6. Що таке біоценоз? Назвіть його основні структури.

7. Як називають однорідні угруповання рослин, які склада-ються з певних видів (сосновий ліс, ковиловий степ та ін.)?

8. Які види відносять до домінантних, субдомінантних та едифікаторів?

9. Назвіть основні компоненти трофічної структури біоце­нозу.

10. Що таке синузії, консорції, деми? Наведіть приклади.

11. Назвіть поняття про єдине ціле організмів та середовища, яке дав англійський вчений-еколог А. Тенслі у 1935 році.

12. Назвіть систему, яка має визначені межі території з одно­рідними фізичними умовами і населена взаємозв’язаними попу­ляціями різних видів.

13. Поясніть, яке поняття ширше: біогеоценоз чи екосистема.

14. Як називають ділянку середовища, яку займає біоценоз?

15. Як поділяють ланцюги живлення? Вкажіть на особливості детритних ланцюгів живлення.

16. Назвіть основні компоненти екосистем.

17. Що таке біологічний кругообіг? Наведіть приклади кругоо-бігу основних хімічних елементів.

18. Як графічно відображається закон піраміди енергії Ліндемана?

19. Які існують типи екологічних пірамід? Вкажіть їх особли­вості.

20. Зазначте різницю в поняттях „продукція” і „продуктивність”.

21. Що таке первинна і вторинна продуктивність?

22. Назвіть біомасу, створену за певний час гетеротрофними організмами.

23. Вкажіть на екологічне значення чистої продукції екосис­теми.

24. Як можна оцінити здатність екосистеми до самоочищення?

25. Розкрити зміст поняття „екологічний резерв екосистеми”.

26. Які процеси зумовлюють відновлення рослинності після певних порушень? Дайте визначення.

27. Які негативні наслідки закону концентрування речовин у трофічних ланцюгах для природних екосистем? Приклади.

28. У чому проявляється позитивна дія явища концентрування ксенобіотиків в екосистемах? Наведіть приклади.

29. Як біотичний потенціал і опір середовища впливають на рівновагу екосистеми?

30.З’ясуйте зміст основних екологічних принципів стійкості екосистем.

Тестові завдання: вказати одну правильну відповідь

Питання 1. Після пожежі велика ділянка, де росли ялини, засе­ляється трав’янистими рослинами. Далі на ній ростуть берези, осики, згодом - ялина і тільки через 100 років відновлюється ялиновий ліс. Як називають цей процес?

а. Баланс народжуваності і загибелі

б. Зміни біогеоценозу

в. Географічна зональність біогеоценозів

г. Біоценотичні кризи

д. Сукцесії

Питання 2. Що є провідним компонентом біоценозу?

а. Рослинність

б. Їжа

в. Баланс народжуваності і загибелі

г. Сукцесії

Питання 3. Як називають однорідні угруповання рослин, які складаються з певних видів (сосновий ліс, ковиловий степ та ін.)?

а. Фітоценози

б. Едифікатори

в. Консорції

г. Деми

Питання 4. Яких живих організмів називають гетеротрофами?

а. Організми, які не здатні самостійно синтезувати орга-нічну речовину, а отримають готові речовини під час жив-лення.

б. Зелені водорості

в. Організми, які здатні утворювати органічні речовини з не органічних

г. Всі квіткові рослини

д. Всі живі організми, які в екосистемах виступають в якості продуцентів.

Питання 5. Як називають види, без яких тривале існування біо­ценозу неможливе?

а. Субдомінанти

б. Едифікатори

в. Домінанти

г. Консорції

Питання 6. Назвіть сумарну масу особин різних видів у перера-хунку на одиницю площі чи об'єму

а. Вторинна продуктивність

б. Первинна продуктивність

в. Продукція біоценозу

г. Біомаса біоценозу

д. Видова різноманітність

Питання 7.

а. Паразитичні організми

б. Організми, які не здатні самостійно синтезувати орга-нічну речовину з неорганічної

в. Віруси та всі без виключення мікроорганізми

г. Хижаки, які екосистемах виступають в якості консумен-тів ІІ порядк

д. Організми, які здатні утворювати органічні речовини з неорганічних, використовуючи при цьому сонячну енергію або енергію хімічних реакцій

Питання 8. Назвіть сукупність популяцій різних видів, які вхо-дять до даного біоценозу

а. Первинна продуктивність

б. Продуктивність біоценозу

в. Біомаса біоценозу

г. Видова різноманітність

Питання 9. Назвіть масу органічної речовини, яка створюється за одиницю часу автотрофними організмами

а. Первинна продуктивність

б. Продуктивність біоценозу

в. Біомаса біоценозу

г. Первинна продукція

д. Вторинна продукція

Питання 10. Назвіть біомасу, створену за певний час гете­ротрофними організмами

а. Вторинна продуктивність

б. Первинна продуктивність

в. Продуктивність біоценозу

г. Біомаса біоценозу

д. Вторинна продукція

Питання 11. Назвіть трофічний рівень сірої ворони, яка живиться зерном

а. Консументи І порядку.

б. Консументи ІІІ порядку.

в. Консументи ІІ порядку.

г. Продуценти

Питання 12. Які з екологічних пірамід ніколи не бувають інвер­тованими (перевернутими)?

а. піраміда чисельності

б. піраміда біомаси

в. піраміда енергії

г. іраміди чисельності, біомаси, енергії