Home ⇒ 👍Біологія ⇒ Розвиток і зміна екосистем

Розвиток і зміна екосистем

Стійкість екосистем відносна, оскільки з часом змінюються як зовнішні умови, так і характер взаємодії організмів біоценозу. Розрізняють циклічні і поступальні зміни екосистем. Циклічні зміни обумовлені періодичними змінами в природі: добовими, сезонними та багаторічними. Посушливі роки чергуються з вологими, змінюється і чисельність популяцій організмів, пристосованих або до посухи, або до зволоженості.

Поступальні зміни більш тривалі і зазвичай призводять до зміни одного біоценозу іншим. Їх називають сукцесією (<лат. Successio вступ на чиєсь місце, наступність) – саморозвитком екосистеми в результаті взаємодії організмів один з одним і з абіотичним середовищем. У ході сукцесії малостійкий біоценоз змінюється більш стійким. Сукцесії, що починаються на млявій позбавленій грунту місцевості, називають первинною сукцесією. Якщо сукцесія відбувається на місці порушеної екосистеми, то її називають вторинною сукцесією.

Сукцесії можуть бути викликані:

Зміною природного середовища під впливом життєдіяльності самих організмів екосистеми; Відновленням стабільних взаємин між видами, порушених лісовою пожежею, зміною клімату або людиною (вторинні сукцесії); Впливом людини.

Сукцесії, викликані життєдіяльністю самих організмів, що населяють екосистему. Первинна сукцесія голої кам’янистої місцевості починається з руйнування гірських порід під дією абіотичних факторів:

Температури; Вологості; Сонячного світла.

Подальше руйнування порід продовжують:

Бактерії; Гриби; Водорості; Ціанобактерії; Лишайники.

Продуцентами органічної речовини на початкових етапах є ціанобактерії, водорості лишайників і вільно живучі водорості. Особливо невибагливі ціанобактерії здатні самостійно засвоювати атмосферний азот. Харчова незалежність дозволяє їм освоювати незаселені скелі. Їх відмираючі клітини збагачують середовище азотом.

Утворювані в процесі життєдіяльності перших поселенців органічні кислоти розчиняють породи і сприяють мінералізації новонароджуваного грунтового шару. В результаті діяльності такого біоценозу накопичується поживна суміш органічних і мінеральних сполук з рослинними залишками, збагаченими азотом. На поживній суміші виростають невибагливі спорові рослини, що не мають коренів:

Мохи; Кущисті лишайники (їх коренеподібні вирости називають ризоїдами).

У міру відмирання примітивної рослинності формується тонкий шар грунту. З’являються трав’янисті рослини: осока, злаки, конюшина, затінюючі перших поселенців і позбавляючі їх вологи. Піонерські види поступово витісняються. Слідом за травами з’являються чагарники, готується грунт для розвитку дерев.

Число видів, що населяють низку екосистем, поступово збільшується, харчова мережа стає все більш розгалуженою, все повніше використовуються ресурси середовища. Нарешті біоценоз стає зрілою стійкою лісовою екосистемою, добре пристосованою до природних умов і володіє саморегуляцією. Популяції в цій зрілій екосистемі відтворюються і не витісняються іншими видами. Настає кінцевий етап сукцесії – клімакс (з грец. Klimax – сходи).

Клімаксова рослинність підмосковних лісів – діброва з підліском з ліщини і домінуванням у трав’яному покриві осоки.

Внаслідок нестабільності зовнішніх факторів, зокрема втручання людини, більша частина підмосковних лісів не досягає клімаксу.

Описана зміна екосистем від кам’янистої місцевості до лісового масиву триває сотні років, трохи швидше відбувається розвиток екосистем на піщаних дюнах. При наявності сприятливих екологічних факторів (в основному, вологості) на пісках швидко розселяються злаки, верболіз, а разом з ними коники, роючі оси, павуки. На обжитій ділянці виростають спочатку сосни, а потім і листяні форми, урізноманітнюється тваринний світ, з’являються різні жуки, мурашки. На місці сухої і безплідної пустелі поступово формується екосистема листяного лісу з родючим грунтом, багатої дощовими черв’яками і молюсками.

Визначальну роль у формуванні біоценозів грають екологічні чинники, що сприяють розвитку рослинності. Змінений нею грунт є основою для формування повноцінних екосистем. Практично на очах одного покоління заростають озера. Спочатку вздовж берегів утворюється плаваючий рослинний килим з мохів, осок та інших трав. Водойма заповнюється залишками рослин, які через нестачу кисню в придонних шарах не встигають перероблятися водними мешканцями. Озеро поступово заболчується, зникають планктон і риби. З’являються рослини і тварини, пристосовані до болотистого середовища.

Болото поступово змінюється мокрим лугом, потім чагарником і нарешті заростає лісом.

Всім знайома острівна річкова сукцесія. На удобреному мулом острівці трава стає все густіше, потім її витісняє чагарник, з’являється шар грунту, і через 20-30 років на місці мілини красується лісовий острівець з птахами, ягодами і грибами. У ході сукцесії збільшується різноманітність видів тварин і рослин, система стає більш стійкою. Сукцесії, з чого б вони не почалися – з горільників, болота або піщаних дюн, – завершуються в клімаксі лісом, частіше – листяним, рідше – хвойним.

Ліс – найстійкіша екосистема, оскільки володіє найбільшою різноманітністю видів. Одні дерева не створюють стійкої екосистеми. При влаштуванні снігозатримувальних вітрозахисних лісопосадок виникає несподівана проблема: дерева знищуються комахами. Для боротьби з ними необхідно створювати більш стійкий біоценоз: підсаджувати чагарники для гніздування та харчування птахів, що знижують чисельність комах в лісах на 40-70%. Аналогічні проблеми виникають при створенні штучних пасовищ і лісопарків.

Науку, що займається конструюванням штучних спільнот організмів, здатних ужитися і доповнювати один одного, називають екологічною інженерією.

Вторинні сукцесії

Іншою причиною розвитку екосистем, крім зміни абіотичного середовища під дією організмів, є встановлення стабільних взаємин між видами, після їх порушення. Особливо показовий хід вторинної сукцесії при сильних відхиленнях від рівноваги, викликаних, наприклад, лісовою пожежею. Розглянемо відновлення ялинового лісу. Колишнє попелище в літній час легко впізнати за яскраво-рожевими квітками іван-чаю, на пустки швидко розселяється війник, лобода, мати-й-мачуха, успішно заселяють оголені місця. З появою інших видів ці трави не витримують конкуренції і швидко зникають; постійно кочуючи, вони першими освоюють місця з порушеним рослинним покривом.

Нижні сходи ялини на відкритих місцях пошкоджуються заморозками і страждають від перегріву. Тому на горільниках спочатку з’являються сходи берези, осики і сосни. Створюється сприятлива обстановка для споживачів гілкових кормів і ягід. Зростає чисельність полівок, зайців, оленів і косуль. При переході підросту в жердняку (молоді деревця) пагони стають недоступними більшості тварин, їх чисельність скорочується. Затінення погіршує і кормові якості трав’яного покриву. Тому жердняки являють собою найменш населену тваринами стадію сукцесії лісів.

Дерева поступово витісняють піонерську трав’янисту рослинність і утворюють дрібнолистий або сосновий ліс. Сосна – невимоглива до якості грунту світлолюбна рослина, легко заселяє болотисті, кам’янисті і піщані грунти. Дерева в такому лісі розташовані не занадто часто, тому нижній ярус займають світлолюбні рослини:

Вересові; Брусничні.

Нарешті наступають сприятливі умови для проростків ялини.

На відміну від сосни, ялина – вологолюбна і тіньовитривала рослина. Її сходи успішно конкурують з підростом світлолюбних листяних порід і сосною. Прониклі глибоко в грунт і відмерлі коріння берези та сосни полегшують проростання коріння ялини.

На відміну від світлолюбних форм, їли розташовуються в лісі більш щільно.

Коли вони досягають верхнього ярусу, то своїми густими гілками затінюють і витісняють листяні дерева і проростки світлолюбної сосни. У тіні зростаючих ялин в більш вологому грунті розвивається інший видовий склад нижніх ярусів, притаманний ялиновій тайзі. Так, минаючи ряд тимчасових спільнот, самовідновлюється вихідна екосистема ялинового лісу, стійка в даній грунтово-кліматичній зоні.

Подібним чином соснові ліси Європи там, де дозволяють грунти, поступово змінюються на ялинові. Основними екологічними факторами, що сприяють в Європі зміні зрілих і стійких соснових спільнот ялиновими, є поступове потепління і зволоження клімату. Насіння ялини, опинившись в сосновому лісі, успішно проростає і вже не дає розвиватися соснам. Соснові ліси залишаються поза конкуренцією на несприятливих для ялин кам’янистих, болотистих і піщаних грунтах, а також уздовж кордону з лісотундрою. Розглянемо вторинну сукцесію однієї із занедбаних російських сіл. Перші 10 років буйствували трави, потім близько 15 років переважали чагарники. Нарешті з’явився сосновий ліс, який приблизно через 100 років після початку сукцесії змінився ялиновим лісом. За період сукцесії число видів птахів зросло від 2-3 до 18-20.

Сукцесії, викликані впливом людини

Значні зміни в лісових екосистемах відбуваються і під впливом антропогенного чинника, особливо це помітно в зелених зонах навколо міст. Рослинність таких територій інтенсивно витоптується людьми, які збирають гриби, ягоди і просто гуляють. Кореневища лісових трав, на відміну від лугових, розташовані безпосередньо під лісовою підстилкою і легко травмуються. Грунт ущільнюється, стає менш здатним до вбирання вологи. Витоптування пошкоджує підріст деревної рослинності. У дерев і чагарників починають сохнути верхівки, хворі дерева легше уражуються шкідниками та грибами. Листя рідшає, ліс проріджується і висвітлюєтся. Впроваджуються світлолюбні лугові трави, більш стійкі до витоптування, оскільки їх кореневища утворюють дернину. Лісові трави поступово випадають з травостою.

Екосистеми лугів змінює випас худоби. Тварини поїдають певні види трав, насамперед злаків; поширення набувають малоцінні для них рослини:

Полинь; Щавель; Синьоголовник.

Багато видів рослин не встигають дати насіння, а багаторічні трави замінюються однорічними з менш розвиненою кореневою системою. Грунт починає розвіюватися вітром і розмиватися, збіднюється поживними елементами, знижується урожай. Високопродуктивна різнотравна лугова екосистема перетворюється на бідну пустку.

У той же час помірний випас копитних в степу сприяє нормальному розвитку рослинності. Копитні втоптують у грунт насіння і руйнують занадто щільну підстилку, що перешкоджає їх проростанню. У ковильно-різнотравному степу при відсутності випасу ковила витісняє інші види, але й сам через щільну підстилки відмерлих листків розвивається не так успішно. У мохових ялинниках Тянь-Шаню поновлення лісу йде тільки на кабанячих Поро з порушеним товстим моховим покровом, що заважає проростанню насіння. У Біловезькій пущі поряд з ялинами подібним чином поновлюються клен, граб та ясен.

Особливо швидко відбувається зміна біоценозів при створенні водосховищ, коли на великих територіях сухопутні екосистеми заміщуються водними, при вирубці лісів і розорюванні луків Зі створенням агроценозів.