Конспект урока «Круговорот веществ и поток энергии в экосистемах» по экологии

Людям необходимо понимать, на чем основана устойчивость популяций, сообществ и экосистем, чтобы соразмерять свою деятельность с законами природы. Назовем некоторые наиболее важные для сохранения устойчивости экологические закономерности: цикличность, отрицательная обратная связь, биологическое разнообразие видов.

Цикличность (греч. kyklos – "кругооборот"), т.е. многократное использование биогенных веществ, лежит в основе биологического круговорота, от которого зависит устойчивость экосистемы (биогеоценоза) (рис. 86).

Рис. Биогеохимический цикл углерода

Водород, кислород, углерод, азот, фосфор и другие биогенные элементы совершают в биосфере постоянные и многократные миграции между телами организмов и физической средой. Плоть живущих сейчас людей включает атомы, побывавшие в составе тел древних стегоцефалов, динозавров, первоптиц и мамонтов.

Циклическое использование ограниченных по запасам веществ делает их практически неисчерпаемыми. На этом основана вечность жизни. Иначе она давно угасла бы на Земле, израсходовав все доступные ресурсы.

Отрицательная обратная связь заключается в том, что отклонения от нормального состояния системы вызывают в ней такие изменения, которые начинают противодействовать этим отклонениям. В итоге происходит регуляция, т.е. возврат системы в прежнюю норму.

Отрицательная обратная связь регулирует численность популяций в биогеоценозе и осуществляется через биоценотические, т.е. межвидовые, отношения. В основном это связи между хищником и жертвой, паразитом и хозяином. Рост численности жертв, создавая хорошую кормовую базу для хищников, обеспечивает последним успешное размножение и увеличение численности в следующем поколении. В геометрической прогрессии при этом возрастает и влияние хищников на популяции жертв, что приводит к резкому снижению численности последних. Поэтому виды, у которых много природных врагов, т.е. их "все едят", редко достигают численности, опасной для подрыва их собственных ресурсов. Точно так же снижение численности жертв, согласно принципу обратной связи, ведет к снижению численности хищников. Такое сопряженное колебание численности жертв и хищников хорошо видно на примере взаимодействия зайца и рыси (рис. 87).

Сложную ситуацию создает своими руками человек, когда борется с вредителями химическими методами. Обычно хищники и паразиты более чувствительны к ядам, чем их жертвы. Поэтому после кратковременного снижения численности вредители, освобожденные от врагов, размножаются с новой силой. Здесь человек нарушает ту отрицательную обратную связь, которая лежала в основе привычного взаимодействия видов.

В биологическом разнообразии видов кроется наиболее мощный механизм устойчивости экосистемы (биогеоценоза). Живая природа подчинена принципу разнообразия, поскольку на Земле нет двух совершенно одинаковых не только видов или сообществ, но и особей. На основе изменчивости особей действует естественный отбор, а на основе разнообразия видов складываются сообщества и экосистемы.

Разнообразие видов позволило жизни освоить все "уголки" биосферы, существовать на всех географических широтах, во всех типах климата, в глубинах океанов и толщах грунтов.

Биологический круговорот веществ требует участия видов с прямо противоположными функциями. Очевидно, что и на заре возникновения жизни существовало разнообразие первичных организмов, иначе биологический круговорот не смог бы возникнуть.

Разнообразие видов позволяет им формировать сообщества, занимать все экологические ниши и тем самым наиболее полно использовать ресурсы среды. В биогеоценозах, как мы видели, создается своего рода "разделение труда" между видами, их взаимная дополняемость, и это стабилизирует биогеоценоз.

Кроме взаимной дополняемости биологическое разнообразие обеспечивает взаимную заменяемость видов в экосистемах. Отдельные виды могут быть заменены их конкурентами без ущерба для общего состояния экосистемы. Выпадение из сообщества каких–либо видов тоже может пройти почти бесследно

- В каком случае это будет наблюдаться? (если это не касается основных средообразователей).

Так как экологические ниши близких по требованиям видов могут частично перекрываться, исчезновение одного из них оказывается неопасным для биогеоценоза. Его функции могут принять на себя сразу несколько видов по правилу конкурентного высвобождения. Но это возможно, если в экосистеме представлено большое разнообразие видов.

Наиболее важные процессы в экосистемах имеют множественное обеспечение, т.е. к сходному результату может привести деятельность разных видов.

Например, в такой важной функции, как разложение мертвого органического вещества, одновременно участвуют многие группы организмов с большим видовым разнообразием: бактерии, грибы, простейшие, круглые и кольчатые черви, членистоногие. Дождевые черви в большинстве типов почв играют важнейшую роль в этих процессах. Но в Канаде на большей части ее территории дождевые черви отсутствуют, и тем не менее там формируются экосистемы, по внешнему облику и характеру круговоротов похожие на европейские.

Биологическое разнообразие видов – необходимое условие и для протекания первичных и восстановительных сукцессий. Одна из причин торможения сукцессионного процесса на обширных нарушенных человеком пространствах – низкое разнообразие видов на прилегающих территориях, отсутствие семян нужных видов растений и сопровождающих их животных – опылителей, разлагателей и т.п. Без видового разнообразия не происходит смены сообществ в направлении к устойчивым экосистемам (биогеоценозам).

Устойчивость природы, таким образом, основана на вполне определенных законах сложения и динамики природных систем, не считаться с которыми люди не имеют права, так как это оборачивается против их собственного благополучия.