Гомеостаз экосистемы

Гомеостаз — способность биологических систем — орга­низма, популяции и экосистем — противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем — гомеостатический механизм — это обратная связь. Например, у пойкилотермных животных изменение тем­пературы тела регулируется специальным центром в мозге, куда постоянно поступает сигнал обратной связи, содержащий дан­ные об отклонении от нормы, а от центра поступает сигнал, возвращающий температуру к норме. В механических систе­мах аналогичный механизм называют сервомеханизмом, на­пример, термостат управляет печью.

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.

Экологические сукцессии — это последовательная смена экосистем при постепенном направленном изменении условий среды, например, при нарастании (или убывании) влажности или богатства почвы, при изменении климата и т.д. В этом случае экологическое равновесие как бы «скользит»: параллельно (или с некоторым отставанием) с изменениями условий среды изменяется состав живых организмов и продуктивность экосистемы, постепенно роль одних видов убывает, а других — увеличивается, разные виды выбывают из состава экосистемы или, наоборот, пополняют его. Сукцессии могут вызываться внутренними и внешними (по отношению к экосистеме) факторами, протекать очень быстро или тянуться столетиями. Если изменение среды будет резким (пожар, разлив большого количества нефти, проход колесной техники в тундре), то экологическое равновесие разрушится.

Экологи выделяют два вида экологических сукцессии: первичные и вторичные.

Первичная сукцессия - это последовательное развитие сообществ на участках, лишенных почв. Более распространенным типом сукцессии является вторичная сукцессия, т.е. последовательное развитие сообществ в ареале, в котором естественная растительность была устранена или сильно нарушена, но почва не была уничтожена.

Широко известным примером первичной сукцессии является заселение застывшей лавы после извержения вулкана или склона после схода лавины, уничтожившей весь профиль почвы, участки открытой добычи полезных ископаемых, с которых снят верхний слой почвы и т.п. На таких бесплодных участках первичная сукцессия от голой скальной породы до зрелого леса может занять от сотен до тысяч лет.

Экологически сбалансированное состояние ОПС – это такое состояние, при котором отдельные группы организмов, включая и человека, взаимодействуют друг с другом и окружающей их абиотической средой без нарушения равновесия малого биологического круговорота и большого геологического круговорота.

Параметры состояния окружающей среды - температура, давление, объем газов, жидкостей, концентрации веществ, напряженность электромагнитного поля, радиоактивность и др. Они должны находиться в строгих диапазонах для обеспечения устойчивости экосистем. Транспортная деятельность может приводить к изменению значений параметров состояния на локальных участках территории.

60. Пищевые цепи, основные типы, экологическая эффективность, экологические пирамиды, типы, закон 10%

Пищевая цепь - это перенос энергии пищи от её источника – растений – через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими.

Пищевая цепь обеспечивает перенос энергии, заключенной в органических веществах, от продуцентов через ряд организмов путем поедания одних видов другими.

При переносе энергии значительная ее часть (80-90%) рассеивается в виде тепла, поэтому большинство пищевых цепей содержат 3-5 звеньев. Например, мышь-полевка питается зерновками пшеницы, а ее саму может съесть лисица. В водных экосистемах пищевые цепи обычно длиннее, чем в наземных, и могут содержать консументы вплоть до 4-го порядка. Так, в зоне континентального шельфа фитопланктон (диатомовые водоросли и жгутиковые) является пищей для зоопланктона (веслоногих ракообразных, личинок крабов и криля), которых, в свою очередь, потребляют головоногие моллюски, а ими питаются пеламиды и тунцы.

Судя по результатам недавних исследований, длина пищевых цепей ограничивается и другими факторами. Возможно, существенную роль играют доступность предпочитаемой пищи и территориальное поведение, снижающее плотность расселения организмов, а значит и численность консументов высших порядков в конкретном местообитании.

В экосистемах различают два типа цепей питания: цепи выедания и цепи разложения. Рассмотренные выше пищевые цепи, которые начинаются с продуцентов (растений) и идут к консу- ментам различных порядков (растительноядным животным, а затем — к хищникам), называются цепями выедания, или пастбищными цепями.

В отличие от них, в цепях разложения, или детритных цепях, источником органического вещества являются растительные и животные остатки, экскременты животных, которыми питаются мелкие животные (ракообразные, моллюски), а также микроорганизмы. Полуразложившаяся масса органических остатков вместе с перерабатывающими ее микроорганизмами называется детритом. Так, в мангровых зарослях насекомые потребляют всего около 5% биомассы растений, а ее остаток попадает в воду и переносится на значительные расстояния. Существование детритных цепей не является бесполезным, поскольку обеспечивает завершение круговорота веществ в биогеоценозах. Кроме того, включенные в эти цепи организмы являются одновременно пищей для консументов цепей выедания (например, в лесу может существовать такая цепь: листовой опад — дождевой червь — черный дрозд — ястреб-перепелятник).

Для различных участков биоценозов характерны неодинаковые цепи питания. Так, на суше и на континентальном шельфе большая часть растительной биомассы попадает в цепи разложения, тогда как в открытом море преобладают цепи выедания.

Пищевые цепи биогеоценоза сложно переплетаются вследствие того, что одни и те же организмы могут питаться несколькими видами других, служить пищей нескольким видам, а также входить одновременно в цепи выедания и цепи разложения. Поэтому в реальных биогеоценозах комплексы взаимосвязанных трофических цепей образуют пищевые сети.

Пищевые сети и цепи внутри каждого биогеоценоза имеют хорошо выраженную структуру, поскольку в них можно выделить группы организмов, объединенных общим типом питания. Например, на лугу злаки, клевер, полевая герань и другие растения — это продуценты, тогда как кузнечики, жуки-листоеды, гусеницы различных видов бабочек и мыши-полевки являются консументами 1-го порядка, ящерицы, трясогузки и малиновки — консументами 2-го порядка. Такие группы организмов относят к одному трофическому уровню.

Экологическая эффективность (характеристики экологич-ности) - измеряемые результаты системы управления окружающей средой, связанные с контролем организацией ее экологических аспектов, основанных на ее экологической политике, а также на целевых и плановых экологических показателях