Стабільність екосистем та причини її порушення

Кожен з видів живих організмів пов’язаний з багатьма іншими видами. Паразитизм:

організм людини та гострики,

А міські ластівки по відношенню до людини є . бо використовують будинки для розміщення своїх гнізд.

Виникнення голонасінних рослин призвело до того, що наприкінці палеозойської ери вони заселили значні площі суші, де не могли рости їхні попередники — спорові рослини —

через вимирання динозаврів.

У давнину моряки часто залишали на островах кіз, щоб потім мати змогу поповнювати запаси м’яса, коли заходили на острів,

моряки завжди мали запас їжі на островах.

але без контролю хижаків кози швидко розмножувалися й виїдали всю рослинність островів,

поки повертались. острова були вже заселені іншими командами кораблів.

Штучні екосистеми часто розглядають як окремий тип екосистем (агроценози). Існувати

без підтримки людини такі екосистеми можуть досить довгий час,

без підтримки людини такі екосистеми не можуть

без підтримки людини такі екосистеми можуть 1-3 роки, поки відбувається саморегуляція.

Штучні екосистеми, створені людиною в результаті застосування комплексу агротехнічних засобів обробки ґрунту, мінеральних добрив, різноманітних пестицидів:

§ 87. Екосистеми. Види екосистем

Екосистема — це природна або штучна система, що складається з угруповань живих організмів і середовища їхнього існування, між якими відбувається постійний обмін речовиною й енергією. Термін «екосистема» був запропонований 1935 року англійським ботаніком А. Тенслі.

Угруповання живих організмів екосистеми називають біоценозом, а абіотичне середовище їх проживання — біотопом. Разом біотоп і біоценоз утворюють біогеоценоз. Взаємозалежні між собою компоненти живої й неживої природи, об’єднані потоками речовини й енергії, утворюють екосистему.

Біоценози й біотопи

Основу кожної екосистеми становить її біотоп. Це ділянка суші (територія) або водойми (акваторія) з певною комбінацією екологічних умов — ландшафтом, типом ґрунтів, кліматом тощо. Поняття біотопу, по суті, дорівнює поняттю місця проживання. Біотоп — це відносно однорідне життєве середовище для певних видів рослин або тварин, які формують певний біоценоз.

Біоценоз — це стійке угруповання популяцій рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, які спільно живуть на однорідній території або акваторії та пов’язані між собою з навколишнім середовищем. Складовими частинами біоценозу є фітоценоз (угруповання рослин), зооценоз (угруповання тварин), мікоценоз (угруповання грибів) і мікробіоценоз (угруповання мікроорганізмів).

Комплекс організмів біогеоценозу формується історично, у процесі боротьби за існування, природного добору й інших факторів еволюції. Масштаби біоценозів різні — від мікроугруповань на корі дерева або в калюжі до населення лісу, лугу, озера. З дрібних угруповань складаються більші.

Види екосистем

Існує декілька класифікацій екологічних систем. Наприклад, за походженням екосистеми поділяють на природні і штучні. До природних екосистем належать ті комплекси, у яких колообіг речовин здійснюється без утручання людини (ліс, луг, степ, пустеля). Штучні (антропогенні) екосистеми створені людиною й здатні існувати лише за її підтримки (город, клумби, сільськогосподарське поле).

Екосистеми природного походження поділяються на наземні, прісноводні й морські.

Екосистеми можуть мати різний масштаб. І дрібний ставок, і луг на березі струмка, і причорноморські степи, і сибірська тайга — усе це приклади екосистем різного рівня. Найбільшою екосистемою на Землі є біосфера — сукупність усіх живих організмів планети та їхніх місць проживання.

Великі групи екосистем становлять біоми. Біом — це поєднання екосистем зі схожим типом рослинності, розташованих в одній природно-кліматичній зоні. На суші виділяють шість основних біомів: тундра, хвойні ліси, листопадні ліси, тропічні ліси, степ і пустеля (мал. 87.1).

Екосистеми природного походження

Прісноводні

Тундра, хвойні ліси, широколистяні ліси, вічнозелені ліси, степи, пустелі

Екосистеми стоячих вод (болота, озера, ставки) і проточних вод (ріки, струмки)

Екосистеми узбереж (лимани, мангри), континентального шельфу, товщі води, морського дна, коралових рифів

Штучні й антропогенно змінені екосистеми

Існують екосистеми, створені людиною штучно як результат її хазяйської діяльності:

• у сільському господарстві — агроекосистеми;
• у промисловості — техноекосистеми;
• у поселеннях — урбаноекосистеми.

На відміну від природних екосистем, штучні екосистеми не є самодостатніми й саморегульованими. Усі умови в них підтримуються ззовні, людиною. Якщо перестати регулювати умови, такі екосистеми швидко руйнуються.

Прикладом найпростішої штучної екосистеми є акваріум. Попри штучну комбінацію риб, молюсків і рослин, людина регулює харчування, освітлення, аерацію, очищення й інші чинники.

Мал. 87.1. Основні біоми Землі: 1 — полярна пустеля, 2 — тундра, 3 — тайга, 4 — широколистяні й мішані ліси, 5 — зони високої поясності, 6 — степ, 7 — савана, 8 — тропічні ліси, 9 — середземномор’я, 10 — пустеля

В агроекосистемах рослини ростуть за рахунок енергії Сонця, однак людина вносить добрива, бореться зі шкідниками й порушує природний колообіг речовин, збираючи врожай. Агроценози характеризуються низькою видовою різноманітністю, бо основним компонентом таких екосистем є один вид рослин, що штучно підтримується людиною.

Характеристика основних наземних біомів

Абіотичні умови

Основні рослинні види

Основні тваринні види

Дуже холодний клімат, коротке літо, вічна мерзлота, мало опадів

Мохи, лишайники, карликові чагарники

Північні олені, горностаї, песці, ласки, полярні сови

Довга холодна зима, рясні опади у вигляді снігу, безліч озер і боліт

Вічнозелені хвойні масиви ялиці, ялини, сосни й модрини

Лосі, борсуки, ведмеді, білки, соболі, росомахи, вовки, рисі, лисиці, норки

Значні сезонні коливання температур, рясні опади

Широколистяні дерева — бук, дуб, ясен, липа; численні чагарники й потужний трав’яний шар

Ведмеді, лосі, лисиці, рись, білки, землерийки, сови, дятли, дрозди, соколи

Теплі кліматичні умови, рясні опади

Вічнозелені дерева з великими листками, майже відсутні чагарники, велика кількість ліан

Тапіри, носороги, мавпи, лінивці, папуги, гоацини, хамелеони, ігуани, гекони, деревні змії, терміти

Степи (прерії, савани, пампаси)

Сезонні коливання клімату, помірна кількість опадів

В основному, дернинні злаки

Бізони, антилопи, сайгаки, ховрахи, кролики, бабаки, вовки й гієни

Сухий клімат, різкі добові перепади температур

Кактуси й рідкостійні чагарники з великими кореневими системами

Ховрахи, тушканчики, антилопи, вовки

Ключова ідея

Екосистема містить угруповання живих організмів і середовище їх проживання, між якими відбувається постійний обмін речовиною й енергією. Екосистеми поділяються на природні й штучні, прісноводні, наземні й морські.

Запитання та завдання

1. Назвіть види водних екосистем України. 2. Чим біом відрізняється від біоценозу? 3. Які наземні біоми є на території України? Назвіть характерні види рослин і тварин для кожного з них. 4. Схарактеризуйте город як екосистему (вид екосистеми, її компоненти, взаємозв’язки між організмами, стійкість).

§ 55. Динаміка та продуктивність екосистем

Причини змін екосистем. Природну екосистему від просто сукупності організмів відрізняє така її властивість, як стійкість — адже вона зберігає свою структуру й функціональні параметри стабільними протягом багатьох років. Це досягається за рахунок здатності біоценозів до саморегуляції та самовідтворення. Проте за певних умов угруповання організмів починають швидко перетворюватися. Причинами змін екосистем може стати потепління, природні катастрофи (повені, посухи, пожежі) та негативний вплив діяльності людини (вирубування лісів, розорювання лук і степів тощо), що неминуче спричиняє зміни структури біоценозу і порушення його екологічних параметрів.

Екосистеми не є ізольованими. У них активно вселяються нові види. Лише в Європі налічують не менше 10 тис. чужорідних видів рослин, грибів і тварин, більша частина яких завезена людиною. Зазвичай це екологічно агресивні види, здатні швидко створювати численні популяції. Вони активно впливають на видові угруповання, що склалися історично. Наприклад, вселення невеликої рибки ротан з Далекого Сходу призвело до того, що тепер у багатьох водоймах це єдиний вид риб — ненажерлива та всеїдна, вона просто виїла ікру інших риб і навіть амфібій. До того ж ротан легко переносить дефіцит кисню в літню спеку й промерзання водойм узимку. Такі закономірні заміни одних видових угруповань іншими, пов’язані з перетворенням екосистем, називають сукцесіями (від лат. сукцессіо — наступність, спадкування).

Типи сукцесій. Первинні сукцесії виникають у місцях, де життя на певний час повністю зникло, наприклад, на схилах вулканів, якими текла лава (іл. 55.1).

Іл. 55.1. Первинна сукцесія: 1 — заростання голого каміння мохами та лишайниками, 2 — утворення купців та молодих дерев, 3 — змішаний молодий ліс, 4 — зрілий ліс (праліс)

Першими поселяються на таких ділянках лишайники. їм для існування не потрібні жодні інші організми, а лише твердий субстрат, до якого вони прикріплюються.

Потім, у міру нанесення вітрами ґрунту, з’являються мохи й трав’янисті рослини. Наступний етап — утворення чагарникових угруповань за участі різних видів верб. У цей період розвитку екосистеми вже з’являються популяції різних безхребетних, а згодом, коли тут починають формуватися хвойні ліси, сюди проникають і хребетні.

Вторинні сукцесії можуть бути наслідком стихійних лих, змін клімату або руйнівного впливу людини (іл. 55.2).

Іл. 55.2. Етапи вторинної сукцесії після лісової пожежі: 1 — заростання травою, 2 — розростання кущів, 3 — молодий ліс, 4 6 — стадії формування лісу, 7 — зрілий ліс (праліс)

Типовий приклад вторинної сукцесії — це відновлення екосистеми соснового лісу після пожежі. При цьому докорінно змінюються абіотичні умови, насамперед режим освітленості, температури й вологості. Спочатку з насіння, що збереглося у ґрунті, виростають світлолюбні й посухостійкі трав’янисті рослини й згарище заростає однорічними та багаторічними травами. Потім поступово формуються непрохідні малинники, у яких місцями пробиваються молоді берізки. Згодом утворюється березовий гай, під пологом якого відбувається відновлення соснового лісу — починають рости сосни. Через 100-150 років на цьому місці може знову з’явитися справжній сосновий бір за умови, що не станеться нових пожеж або років через п’ятдесят цей ліс не вирубають.

У жодному разі не слід сприймати будь-яку сукцесію як екологічний прогрес. Існують так звані регресивні сукцесії, пов’язані зі спрощенням екосистем, зменшенням ярусності, зниженням чисельності й продуктивності організмів. їх причиною є руйнівні впливи людини на середовище.

Типовим прикладом регресивної сукцесії є сучасна екосистема Азовського моря — колись найпродуктивнішої водойми у світі. Вода в ній була опрісненою й добре прогрівалася; тут водилися морські й прісноводні організми, зокрема морська, прісноводна та прохідна риба. Зарегулювання рік Дону й Кубані призвело до того, що стік прісної води в Азовське море поменшав, воно стало більш солоним, тож умови у цій водоймі стали менш придатними для багатьох цінних видів організмів. Крім того, численні риболовні судна «вичерпали» запаси риби. Нині в Азовському морі майже не залишилося осетрових, чорноморських оселедців, стало мало тюльки, хамси, судака й тарані. Навіть запаси бичків зменшилися в десятки разів. Зник і ряд видів молюсків та ракоподібних. Їх місце зайняли медузи. У результаті Азовське море з найпродуктивнішого стало місцем екологічної катастрофи.

Стабільні екосистеми. Кожна сукцесія завершується періодом стабільності, який називають клімаксом (від грец. клімакс — вища крапка, кульмінація). У цьому стані біоценози можуть перебувати дуже довго. Популяції, що складають клімаксне угруповання, не схильні ані до різких спалахів чисельності, ані до депресій. Для них характерна постійна продуктивність.

Вважають, що більша частина історично сформованих екосистем, не порушених діяльністю людини або стихійними лихами, відноситься до розряду сталих. Прикладом сталої екосистеми може бути заплава рівнинної річки — лука з численними озерцями. Щоліта тут із занесеного вітром насіння починають проростати численні деревця, чагарники й трав’янисті рослини, які загалом не властиві заплавному фітоценозу. Однак весняні паводки щоразу нищать не пристосовані до тривалого перебування у воді рослини, заповнюють озерця свіжою водою, очищаючи їх дно від мулу. Таким чином відбувається щорічне відновлення заплавної екосистеми, після чого вона повертається в початковий стан. Зарегулювання річки дамбою запобігає щорічним паводкам. У результаті корінна екосистема руйнується: лука заростає чагарниками та деревами, зникають вологолюбні рослини, на їх місці з’являються чужорідні види рослин, схильні до експансій (розширення території зростання) і спалахів чисельності. Озера спочатку заболочуються, а потім висихають, тобто відбуваються сукцесії. Через кілька десятиліть на місці колишньої заплави можна буде спостерігати зарості чагарників або рідколісся.

Типовими клімаксними екосистемами помірних широт є діброви, утворені віковими деревами. Вирубування таких дерев призводить до заповнення місць, на яких вони росли, підростом ліщини, берези, осики й сосни. У результаті світлий ліс з трав’янистою підстилкою перетворюється в густі зарості із зовсім іншим складом рослин і тварин.

Найбільш продуктивні біоценози. Екосистеми відрізняються за своєю продуктивністю. Насамперед це залежить від їх географічного розташування на Земній кулі. Найбільш продуктивними біомом суходолу є вологі тропічні ліси, а у Світовому океані — коралові рифи. Саме в цих екосистемах за одиницю часу найбільше виробляється й транспортується органічної речовини. Такий високий потенціал пояснюють близьким розташуванням до екватора — тут найбільша сонячна радіація та постійно висока температура, отже, біохімічні реакції протікають дуже швидко, а фотосинтез відбувається протягом усього року.

Біоценози можуть відрізнятися своєю продуктивністю й у межах одного біому. Очевидно, що багатоярусні зрілі екосистеми, до складу яких входить значна кількість видів організмів, що займають різноманітні екологічні ніші, будуть більш продуктивними, ніж одноярусні з бідним видовим складом. Однак найбільш продуктивними й багатими на видове різноманіття є угруповання організмів на межах двох біомів (зон широколистяного лісу й степи), ландшафтів (лісу й поля), середовищ проживання (морського й прісноводного). Це пов’язане з тим, що такі місця населені набагато густіше, ніж екосистеми одного екологічного типу. Тут трапляються як види, притаманні кожному з типів екосистем, так і організми, що живуть лише в таких суміжних місцях. Властивість підвищення видової різноманітності й продуктивності в суміжних просторах часто називають «ефектом узлісся», а такі місця — екотонами (від грец. опкос — житло, середовище й тонос — напруга). Вони мають специфічну структуру й надзвичайно важливі для збереження видового й біологічного різноманіття.

Одним з найбільших екотонів України є Азовське море. Ця водойма насправді є величезним лиманом р. Дон, і невипадково стародавні греки називали це море Мейотийським болотом.

Найбідніші екосистеми. Найбіднішими на Землі є полярні екосистеми, де температура найнижча, сонячна радіація найбільш слабка, а фотосинтез відбувається лише протягом двох-трьох місяців у році. Тут найнижча продуктивність органічної речовини та бідне видове різноманіття.

Різні за продуктивністю екосистеми трапляються в межах однієї природно-кліматичної зони. Найменш продуктивними є агроценози (від грец. агрос — поле й ценоз) — штучні екосистеми, створені людиною в результаті застосування комплексу агротехнічних засобів обробки ґрунту, мінеральних добрив, різноманітних пестицидів. Зараз території сільськогосподарського призначення становлять 10 % поверхні Землі (іл. 55.3).

Агроценози відрізняються від природніх екосистем кількома ключовими обставинами. Сільгоспугіддя дають біологічну продуктивність лише в певні періоди року. Наприклад, поле ярої пшениці продуктивне 3-4 місяці на рік. У цей період тут не лише росте пшениця, а й поселяються комахи, птахи й гризуни. Решта часу — це голий ґрунт під паром, у якому все-таки зберігається життя. Для порівняння: такі самі ділянки степу є продуктивним протягом більшої частини року.

Наступна обставина — монокультури з низьким рівнем біологічного різноманіття. Крім ключової культури, на полях можуть траплятися як випадкові види, так і види, що здатні живитися рослинами, які тут вирощують. Причому ці види людина розглядає як шкідників та веде з ними постійну боротьбу.

І найголовніше — агроценози не здатні до самовідновлення й саморегулювання. їм постійно загрожує загибель у результаті масового розмноження шкідників чи різкого поширення хвороб, а тому вони потребують постійної підтримки людини.

Рис. 55.3. Пшеничне поле — типовий агроценоз

Важливою особливістю будь-якого угруповання організмів є його тяжіння до стабільності й рівноваги з навколишнім середовищем. Проте постійні зміни середовища проживання, викликані змінами клімату, стихійними лихами та діяльністю людини, постійно спричиняють сукцесії — закономірні зміни біоценозів.

Екосистеми відрізняються своєю продуктивністю. Найбільш продуктивними є тропічні екосистеми, а також суміжні угруповання організмів в екотонах — перехідних зонах між різними екосистемами, ландшафтами або середовищами проживання, а найменш продуктивними є агроценози — землі сільськогосподарського призначення.

1. Чому один біоценоз може змінюватися на інший 2. Чим вторинна сукцесія відрізняється від первинної? 3. Що є завершальною стадією будь-якої сукцесії? 4. У яких місцях Земної кулі розташовані найбільш продуктивні екосистеми? 5. Чому в екотонах утворюються найбільш продуктивні угруповання організмів? 6. Які властивості відрізняють агроценоз від природних екосистем?

• Чому ліси є більш продуктивними екосистемами, ніж степи?

• Чи можна вважати сучасну р. Дніпро усталеною екосистемою?