Біологія. Комплексна підготовка до ЗНО і ДПА

Розвиток екосистем. Сукцесії. Агроценози

Жоден біогеоценоз (екосистема) не існує вічно, рано чи пізно він змінюється іншим. Здатність до змін — одна з найважливіших властивостей біоценозів, котрі зазнають впливу умов середовища і в результаті життєдіяльності авто- і гетеротрофних організмів здатні змінювати умови їх існування — біотоп. Тривале існування популяцій на одному місці змінює біотоп так, що він стає малопридатним для одних видів, проте придатним для інших. У результаті на цьому місці розвивається інший, краще пристосований до нових умов біоценоз. Таку послідовну, необоротну, спрямовану зміну одного біогеоценозу іншим називають сукцесією.

Залежно від стану і властивостей довкілля розрізняють сукцесії первинні і вторинні. Первинні сукцесії починаються на позбавлених життя місцях — скелях, піщаних дюнах, наносах річок, застиглих лавових потоках тощо. При заселенні таких ділянок невибагливі до умов середовища живі організми — бактерії, ціанобактерії, багато з автотрофних протестів, накипні лишайники тощо необоротно змінюють екотоп і поступово заміщують один одного. Основну роль у цьому процесі відіграють накопичення відмерлих рослинних решток або продуктів їх розкладання. Багато нитчастих ціанобактерій фіксують азот повітря і збагачують середовище, малопридатне для життя. Лишайники є дуже важливими у ґрунтоутворенні, оскільки виділення органічних кислот розчиняють і руйнують гірські породи, і є для них субстратом, а за рахунок розкладання їх таломів формується ґрунтовий гумус. Бактерії, розщеплюючи органічні речовини гумусу, сприяють накопиченню елементів мінерального живлення. Поступово формується ґрунтовий профіль, змінюється гідрологічний режим ділянки, її мікроклімат. Таким шляхом лишайники разом з іншими прокаріотами й еукаріотами створюють умови для інших, досконаліших організмів, зокрема вищих рослин і тварин. Такі зміни екосистем тривають тисячі років.

Вторинні сукцесії розвиваються на місці сформованих екосистем, після їх трансформації в результаті ерозії, вулканічних вивержень, посухи і т. п. У таких екотопах звичайно зберігаються багаті життєві ресурси, які сприяють доволі швидкому перебігу сукцесії відновного типу. Іноді такі процеси відбуваються на очах одного покоління людей: це заростання водоймищ, відновлення лук після пожежі, відновлення лісів після вирубування та ін.

Динамічність біогеоценозів особливо чітко виявляється при зміні клімату і ґрунтових умов (заболочування, засолювання) на даній території в результаті господарської діяльності (вирубування лісів, зрошування земель у посушливих районах, осушення боліт, внесення добрив на луках, розорювання, надмірне випасання худоби і т. д.). Усе це порушує видовий склад сталого біоценозу і призводить до його глибокої перебудови і зміни на інший. Провідну роль у процесі зміни наземних біогеоценозів відіграють рослини, але їх життєдіяльність невіддільна від такої інших компонентів, тобто біогеоценоз завжди живе і змінюється як єдине ціле. Наприклад, після вирубування лісу або лісової пожежі у нестічних або слабкостічних низинах, де ґрунтові води лежать під поверхнею, починаються процеси заболочування. Унаслідок перезволоження субстрату погіршується аерація і пригнічується діяльність ґрунтових мікроорганізмів, зокрема бактерій гниття. Процеси окиснення при цьому послаблюються, що призводить до накопичення органічних решток. Така зміна екологічних умов є сприятливою для вологолюбних видів рослин.

Перша ознака заболочування — поява в надґрунтовому покриві зозулиного льону. Утворюючи щільний килим, він утримує багато вологи, формує особливий водний і температурний режими ґрунту, але водночас ускладнює газообмін між ґрунтом і атмосферою, уповільнює мінералізацію органічних речовин. У результаті створюються сприятливі умови для сфагнових мохів, які спричинюють торфонакопичення і, зрештою, утворення верхового (сфагнового) болота.

Наведені приклади переконливо засвідчують, що зміна умов середовища існування (біотопу) неминуче призводить до зміни біоценозу. У результаті на місці колишнього біогеоценозу (екосистеми) виникає новий.

Стадії розвитку біогеоценозу

• 1. Піонерне угруповання. Вид представлений поодинокими особинами, наприклад лишайниками на поверхні скель.
• 2. Просте угруповання, представлене плямистими скупченнями рослин і поодинокими угрупованнями тварин. Наприклад, лишайники і пов’язані з ними тварини, переважно комахи, павуки, кліщі; складне угруповання, представлене різноманітними видами, наприклад мохами, лишайниками. На цій стадії біоценоз ще відкритий для поповнення новими видами.
• 3. Клімаксове угруповання, що включає взаємозв’язані організми — мохи, лишайники, квіткові рослини, дощових черв’яків, личинок комах. Нові види у такому ценозі вже не можуть з’явитись.

Кінцевий етап сукцесії — формування стійко врівноваженої екосистеми — називають клімаксом. У ході сукцесії в екосистемі збільшується кількість видів, утворюються розгалужені ланцюги живлення, формуються ярусність і мозаїчність, знижуються темпи накопичення біомаси. У клімаксовому ценозі весь річний приріст рослинності втрачається в ланцюгах живлення, тому його чиста продукція наближається до нуля.

Агробіоценоз, або агроценоз, — це угруповання рослин, тварин, грибів і мікроорганізмів, штучно створене людиною для отримання сільськогосподарської продукції. Має регулярно підтримуватись. Прикладами є поля, городи, сади, парки, лісові насадження, пасовища. Угруповання рослин і тварин, які штучно створюють у морі і прісних водоймищах, також можна віднести до категорії агробіоценозів.

Агроценози, як і природні екосистеми, мають певний видовий склад (культурні рослини, бур’яни, комахи, дощові черв’яки тощо) і певні взаємозв’язки між живими організмами і довкіллям. Ці взаємовідносини найчіткіше виявляються на рівні трофічних зв’язків, особливо в разі впливу на ценоз людини (обробка ґрунту, підсіви культурних рослин на луках тощо). В агробіоценозі (наприклад, пшеничного поля) складаються харчові ланцюги, подібні до природної екосистеми: продуценти (пшениця і бур’яни), консумента (комахи, птахи, полівки, лисиці) і редуценти (гриби і бактерії). Обов’язковою ланкою цього харчового ланцюга є людина, яка власною працею і талантом створює кожний агроценоз, забезпечує його високу продуктивність, а потім збирає і використовує врожай.

Між. агроценозом і природним біогеоценозом існує ряд відмінностей. Перша полягає у різній спрямованості добору. У природних екосистемах (ліси, тундра, степи, пустелі, річки тощо) діє природний добір, який усуває неконкурентноздатні форми організмів та їх угруповання в біогеоценозі, тим самим забезпечуючи його найважливішу рису — стійкість. В агроценозах діє переважно штучний добір, котрий спрямовує людина, передусім, на підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Екологічна стійкість агробіоценозів незначна. Без участі людини агроценози зернових і овочевих культур існуватимуть не більше року, багаторічних трав — 3- 4 роки, плодових культур — 20-30 років. Потім вони розпадаються або відмирають.

Друга відмінність між ними полягає в джерелі енергії. Для біоценозу єдиним джерелом енергії є Сонце. У той же час агроценози, крім сонячної, одержують додаткову енергію від людини, бо вона витрачається на виробництво добрив, препаратів проти бур’янів, шкідників і хвороб, зрошування або осушування. Без таких додаткових витрат енергії існування агроценозів практично не можливе.

Однією з найістотніших відмінностей між біогеоценозом і агроценозом є баланс поживних елементів. У біогеоценозі первинна продукція рослин (урожай) споживається в численних ланцюгах живлення і знову повертається в систему біологічного кругообігу у вигляді СО₂, води й елементів мінерального живлення. В агроценозі такий кругообіг елементів різко порушується, оскільки значну частину накопиченої біомаси людина вилучає з урожаєм. Тому для відшкодування цих втрат необхідно постійно вносити в ґрунт добрива.

Таким чином, порівняно з природними біогеоценозами, агроценози мають обмежений склад рослинних і тваринних компонентів, не здатних до самовідновлення і саморегулювання, чутливих до негативного впливу масового розмноження шкідників або хвороб, які потребують постійного втручання людини. Агробіоценози займають близько 10 % поверхні суходолу (1,2 млрд га) і дають людству майже 90 % харчової енергії.