ДИНАМИКА ЭКОСИСТЕМ

Лекция 13

Экология, радиоэкология и основы энергосбережения И.В. Абрамова

2013 БрГУ имени А.С. Пушкина 1

1. Циклические, или периодические

изменения

2. Непериодические изменения. Сукцессии

3. Концепция климакса

2

Динамика биогеоценозов

Изменения

биоценоза

Циклические, или

периодические

обратимые

Непериодические

необратимые

Любая система характеризуется

структурой и поведением (изменения

системы во времени)

3

Классификация смен

по В.Н. Сукачеву (1928)

Динамика фитоценоза

Сукцессии

Филоцено-генез

4

1. Циклические, или

периодические изменения

суточные сезонные

многолетние

5

Флуктуации (флюктуации)

от лат. fluctuatio – колебание

ненаправленные, различно

ориентированные или циклические

разногодичные изменения сообществ,

завершающиеся возвратом к

состоянию, близкому к исходному (с

циклом не более 10 лет; Работнов,

1983)

1939 г. американский фитоценолог

Г. ГлизонГенри Глизон

Henry Allan

Gleason

(1882-1975)

6

ТРИАДА ПРИЧИН ФЛУКТУАЦИЙ В

ЭКОСИСТЕМЕ

1) постоянство и предсказуемость физической

среды

2) гомеостатические механизмы отдельных

организмов и ростовых реакций популяций

как субъединиц устойчивости сообщества

3) трофическая структура сообщества

Флуктуации

Экологический энциклопедический словарь7

Экотопические(климатогенные)

Фитоциклические

Зоогенные Антропогенные

Флуктуациипо воздействующим факторам (Т.А. Работнов, 1983)

8

Суточные изменения сообществ

Ночное животное - галаго Дневное животное - шимпанзе

• связаны с ритмикой многих природных процессов

• температура, освещенность и некоторые другие

факторы имеют четко выраженную суточную (сезонную

и годичную) циклику

• на побережьях океана существуют сложные ритмы

жизни, связанные со сменой приливов и отливов.

9

Цветочные часы

Шиповник

(Rosa majalis)

4 часа

Мак

(Papaver orientall)

5 часов

Одуванчик

(Taraxacum officionale)

6 часовКолокольчик

(Campanula rotundifolia)

7 часов

Ноготки

(Calindula

officionalis)

9-10 часов

Карл Линней

Бархатцы

(Tagetes erecta)

8 часов

10

Действительно для восхода солнца

4 ч. 40 мин.

(середина мая – середина июня)

Дроздовидная

камышевка

Крапивник

Кукушка

Пеночка-

теньковка

Большая синица

Скворец

Соловей

Белая трясогузка

Черный дрозд

Обыкновенная горихвосткаПолевой жаворонок

Зарянка

Зеленушка

Зяблик

«Птичий» будильник

11

Ежедневные вертикальные миграции

самок веслоногого рачка Calanus

finmarchicus (по Р. Дажо, 1975)

В северной части Атлантического океана

диапазон вертикальных миграций Calanus

finmarchicus составляет 300—500 м.

Скорость передвижений рачков при их

вертикальных миграциях измеряется

величинами порядка 10—30 см в 1 мин.

12

для растительных сообществ характерны явления

сменодоминантность (в одном и том же сообществе в

разное время года или в разные годы, но в один период

сезона выражены разные доминанты)

смена аспектов (изменение облика фитоценоза в

течение сезона).

Наиболее четко смена аспектов выражена в степях

Сезонные изменения сообществ

Гавриил Иванович

Танфильев

(1857–1928)

Иосиф Конрадович

Пачоский

(1864-1942)

Василий Васильевич

Алѐхин

(1882-1946) 13

Стрелецкая степь

«Курская ботаническая аномалия» (В.В. Алехин)

Прострел раскрытый

(сон-трава)

Pulsatilla patens

Вторая половина

апреля Пион тонколистный

Paeonia tenuifolia

Конец апреля - май Ковыль перистый

Stipa pennata

Май- июньДифференциация экологических ниш 14

Частота столкновений самолетов с птицами

(гистограмма) и интенсивность полетов воздушных

судов (кривая) в районе аэропорта "Ульяновск" в 1985 г.

(Бородин, 1990)

Из лекции Г.С. Розенберга

15

2. Непериодические изменения

Необратимые изменения

Сукцессии Эволюция Нарушения

16

Сукцессия

от лат. succesio — преемственность,

наследование

последовательная необратимая смена

биоценозов, преемственно возникающих на

одной и той же территории в результате

влияния природных факторов (в т. ч.

внутренних сил) или воздействия человека.

17

Сукцессии

1806 г. Де Люк (фр. ботаник)

1898 г. Генри Каулес (амер. ботаник)

1916 г. Фредерик Клементс (амер.

ботаник)

Сукцессия (по Ф.Клементсу) - линейный

однонаправленный процесс, движущей силой которого

является изменение сообществом своей физической

среды, в результате чего она становится местом

поселения новых видов, сменяющих прежние

Ф. Клементс

18

Сукцессии

Автотрофныепродукция больше трат

на дыхание

Гетеротрофныепродукция меньше трат

на дыхание

Первичные

На «голом» месте

ВторичныеНа месте раннее

существовавшего

сообщества

Основные типы

сукцессий

19

Вторичная сукцессия в районе Пидмонта,на юго-востоке США.

20

Сукцессии

Эндогенные, или

автогенные

Экзогенные, или

аллогенные

Автогенетические

эндоэкогенез

Сингенетические

сингенез

Гологенез

Гейтогенез

По В.Н. Сукачеву

21

Сингенез изменения происходят под влиянием

взаимоотношений между видами сообщества,

дифференциации экологических ниш без

существенного изменения видами условий

местообитания

Характерен для начальных стадий и для очень

быстрых по масштабу времени сукцессий.

Движущая сила –

конкурентные отношения

Пинатубо – действующий вулкан на

острове Лусон,

http://rgo-sib.ru/reportage/56.htm 22

Сингенетические изменения необратимы и постепенны, могут

проявляться как на первичных, так и на вторичных местообитаниях

Сингенез – природный процесс, но запускать его могут и

антропогенные факторы (Миркин, 1985).

Пионерная группировка

Простая группировка

Сложная группировка

Замкнутый (сложный) фитоценоз

Стадии формирования сообщества

23

Эндоэкогенез

сукцессия в классическом (узком) смысле

изменение растительности под влиянием

изменения среды самой растительностью

Примеры: зарастание стариц, переход

низинных болот в верховые,

заболачивание

24

Процесс заболачивания

Переувлажение грунта

Изменение газового режима почвы

Замедление окисления, биохимического разложения органики, дыхание корней растений затруднено

Нарушение обмена веществ и энергии в почве

Оглеение грунта и накопление торфа

25

ЭкзоэкогенезСмены сообществ под действием

внешних факторов

Климатогенные Эдафогенные

Биогенные (фитогенные и

зоогенные)Антропические

26

Сукцессии смешанного характера

КОРОЕД-ТИПОГРАФ

(Ips typographus) Вспышки численности короеда-

типографа в Беловежской пуще

В 1965-67 гг. по причине засухи и

последствий недавно проведенной

мелиорации короедные очаги

распространились на площади около

3000 гектаров и было повреждено

178 тысяч кубометров леса.

В 1994-97 гг. деревья ели усохли на

площади более 10 тысяч га объемом

231 тысяча кубометров.

В 2001 г. возникло 300 очагов и

поражено более 100 тысяч

кубометров еловой древесины на

площади 600 га.

27

Гейтогенез от греч. geiton — соседний и ...генез

локальные (т.е. не связанные с общими

тенденциями развития ландшафта)

аллогенные смены.

Сравнительно быстрая по масштабу

времени сукцессия (связано с ее

локальностью), вызываемая чаще всего

антропогенными факторами.

Пастбищная дигрессия 28

Гологенез

от греч. hólos – весь и…генез

изменения целых ландшафтов с более или

менее параллельным изменением

растительных сообществ и экосистем разных

урочищ.

Природный гологенез – это процесс масштаба

тысячелетий (например, развитие ильменей в

низовьях Волги).

Антропогенный протекает быстрее (в результате,

например, строительства гидротехнических

сооружений, вызывающих подтопление, затопление,

засоление и пр.).

29

3. Концепция климакса

1901 г. Г.Уитфорд (H.Whitford) и Г.Каулес

(H.Cowles)

возможность существования некоторых

устойчивых и равновесных по отношению

к внешней среде экосистем

песчаные дюны оз.Мичиган 30

Климакс

стабильное сообщество, завершающее

серию сукцессий

моноклимакса

• 1904 г. Ф.Клементс

• Только одно устойчивое сообщество

поликлимакса

• 1917 г. Дж. Нихолс

• 1920 г. А. Тэнсли

• Несколько климаксов, различающихся эдафически

климакс-мозаики

• 1957 г. Р.Уиттекер

• Климаксы, непрерывно варьирующие под воздействием эдафическихфакторов

гипотезы

31

МОДЕЛИ СУКЦЕССИЙ Идеализированные схемы автогенных сукцессий

1977 г. Дж. Коннел (Connell) и Р. Слейтиер (Slatyer)

(обозначаются С+S-модели)

1981 г. Д. Боткин

32

Модели сукцессий

• в ходе сукцессии происходит улучшение условий среды (зарастание скал – лишайники→ мхи→ травы→ кустарники→ деревья)

стимуляции

• обратный стимуляции процесс ухудшения условий среды

ингибирования

• процесс, аналогичный ингибированию, но с компенсацией за счет внедрения в сообщество все более толерантных видов

толерантности

• сукцессия как чисто популяционный процесс (смена видов с разными жизненными циклами и разными типами эколого-ценотических стратегий) без заметного воздействия на среду

нейтральности

33

Литература

Сукачев В. Н., Растительные сообщества, 4 изд.,

М.— Л., 1928.

Одум Ю. Основы экологии. – М.: Мир, 1975. – 740 с.

Уиттекер Р. Сообщества и экосистемы. – М.:

Прогресс, 1980. – 328 с.

Миркин Б. М., Наумова Л. Г., Соломещ А. И.

Современная наука о растительности. — М.: Логос,

2002.

Gleason Henry A. The individualistic Concept of the

Plant Association // Bulletin of the Torrey Botanical Club.

1926. 53: S.7-26

34