Устойчивость экосистемы
Экосистема постоянно меняется: организмы рождаются и погибают, численность популяций колеблется, изменяются температура, влажность и освещённость. Однако многие экосистемы способны сохранять общий состав, структуру и круговорот веществ благодаря устойчивости и саморегуляции.
Что такое устойчивость экосистемы
Экосистема — это единство живых организмов и условий неживой природы, связанных обменом веществ и энергией. Устойчивость экосистемы — её способность сохранять основные свойства и восстанавливаться после изменений или нарушений.
Устойчивость экосистемы — способность экосистемы противостоять внешним воздействиям, поддерживать относительное равновесие и восстанавливать структуру после нарушения.
Устойчивость бывает двух типов. Сопротивляемость помогает экосистеме мало изменяться под действием неблагоприятного фактора. Восстановляемость позволяет вернуться к прежнему или близкому состоянию после изменения. Например, лес может почти не измениться при кратковременной засухе, а после пожара — восстанавливаться постепенно, через экологическую сукцессию.
Чем разнообразнее экосистема и чем больше в ней взаимосвязей, тем выше вероятность, что выпадение одного вида или изменение одного фактора не разрушит всю систему.
Устойчивость не означает полную неподвижность. Численность зайцев, растений или хищников может изменяться, но обычно эти колебания ограничены определёнными пределами. Такое динамическое состояние называют экологическим равновесием.
Механизмы саморегуляции
Главный механизм устойчивости — саморегуляция экосистемы. Она основана на отрицательных обратных связях: изменение численности одного звена вызывает такие изменения в других звеньях, которые ослабляют первоначальное отклонение.
Рассмотрим простую цепь: растения → зайцы → лисицы. Если зайцев становится больше, они сильнее поедают растения. Корма становится меньше, поэтому рождаемость зайцев снижается, а смертность возрастает. Одновременно лисицам легче находить добычу, их численность может увеличиться. Усиление хищничества также уменьшает количество зайцев. Если зайцев мало, растения восстанавливаются, а лисицам не хватает пищи и их численность сокращается.
В формуле (1) \(N_t\) — численность популяции в момент времени \(t\), \(B\) — рождаемость, \(D\) — смертность, \(I\) — вселение, \(E\) — выселение. Если прирост близок к нулю, численность колеблется около некоторого среднего значения.
- Пищевые связи передают влияние от одного вида к другому.
- Конкуренция ограничивает чрезмерный рост численности.
- Хищники и паразиты сдерживают увеличение численности жертв и хозяев.
- Разнообразие видов позволяет заменить функцию исчезнувшего или редкого вида.
- Круговорот веществ возвращает в почву и воду соединения, необходимые организмам.
Почему увеличение численности хищников обычно может уменьшить численность их жертв?
Факторы, повышающие устойчивость
На устойчивость особенно влияют видовой состав, сложность пищевых связей и состояние среды. Богатое видами сообщество обычно устойчивее бедного, потому что разные виды могут частично выполнять сходные функции. Например, если один вид-опылитель исчезает, часть растений могут опылять другие животные.
Большое значение имеет пространственная неоднородность: в лесу есть поляны, кустарники, водоёмы и участки с разной влажностью. При изменении условий часть организмов может найти подходящее место. Устойчивее также экосистемы, в которых хорошо развиты почва, растительный покров и экологические пирамиды показывают нормальное соотношение уровней питания.
Возраст и зрелость сообщества тоже важны. Молодое сообщество ещё формируется, его связи менее сложны. В зрелом сообществе больше устойчивых взаимосвязей и запасов органического вещества. Предельное относительно стабильное состояние сообщества называют климаксным сообществом.
| Фактор | Как повышает устойчивость |
|---|---|
| Разнообразие видов | Сохраняются функции экосистемы при выпадении отдельного вида |
| Сложная сеть питания | Изменение одной популяции не сразу разрушает всю систему |
| Достаток ресурсов | Организмы поддерживают рост и размножение |
| Развитая почва и растительность | Удерживаются вода, минеральные вещества и энергия |
| Умеренные колебания среды | Популяции успевают приспособиться |
Причины нарушения равновесия
Нарушение устойчивости происходит, когда воздействие слишком сильное, длительное или быстрое. Природными причинами могут быть засуха, наводнение, мороз, ураган, извержение вулкана, вспышка болезни или появление нового хищника. Обычно после умеренного нарушения начинается восстановление, но его скорость зависит от масштаба повреждения.
Деятельность человека часто усиливает нарушения: вырубка лесов, распашка земель, загрязнение воды и воздуха, осушение болот, добыча полезных ископаемых, чрезмерный вылов рыбы и охота, занос чужеродных видов. В результате сокращается разнообразие, разрушаются пищевые связи, изменяется среда обитания и нарушаются круговороты веществ.
- Загрязнение может отравить организмы или сделать среду непригодной для жизни.
- Удаление одного вида иногда вызывает цепные изменения в нескольких популяциях.
- Разрушение местообитания уменьшает пространство и доступные ресурсы.
- Избыточное поступление удобрений в водоём вызывает бурный рост водорослей и недостаток кислорода.
- Чрезмерное использование ресурсов не оставляет времени для их восстановления.
Нельзя считать, что любое изменение обязательно разрушает экосистему. Устойчивость допускает колебания. Нарушением, ведущим к потере устойчивости, считают воздействие, при котором система не может сохранить основные связи или восстановиться самостоятельно.
Разобранный пример
В озере резко уменьшилось количество хищных рыб. Как это может повлиять на экосистему?
Ответ: уменьшение хищных рыб может вызвать каскад изменений по пищевой сети. Сначала возрастает численность мелкой рыбы, затем сокращается зоопланктон, усиливается рост водорослей и ухудшается кислородный режим. Это пример того, что удаление одного звена способно нарушить равновесие всей экосистемы.
Как сохраняют устойчивость экосистем
Охрана устойчивости начинается с сохранения местообитаний и видового разнообразия. Для этого создают заповедники и национальные парки, ограничивают вылов и охоту, очищают сточные воды, восстанавливают леса и водно-болотные угодья, контролируют занос чужеродных видов. При восстановлении нарушенной территории важно учитывать естественный ход сукцессии, а не только высаживать отдельные растения.
Вторичная сукцессия идёт быстрее, если после нарушения сохранились почва, семена и часть организмов. При полном разрушении почвы восстановление может быть очень долгим и напоминать первичную сукцессию. Поэтому предотвращение нарушения обычно эффективнее, чем восстановление уже разрушенной экосистемы.
Главное
- Устойчивость — способность экосистемы сопротивляться изменениям и восстанавливаться после них.
- Основу устойчивости составляют саморегуляция, отрицательные обратные связи, разнообразие видов и сложные пищевые связи.
- Экологическое равновесие допускает колебания численности, но сохраняет основные свойства системы.
- Сильные и длительные природные или антропогенные воздействия могут разрушить равновесие.
- Охрана местообитаний и разнообразия помогает сохранить устойчивость экосистем.