Динамика экосистемы - развитие биоценоза во времени, изменение его видовой структуры и протекающих в нем процессов в результате:
внутренних воздействий - отмирание или вытеснение одних видов другими, например, старые деревья отмирают, падают и перегнивают, а покоящиеся рядом до поры до времени в почве семена прорастают, давая новый цикл развития жизни
внешних воздействий - факторы внешней среды, вырубка леса, влияние катастроф, например, урагана, пожара.
Все виды живых организмов представлены в экосистемах популяциями.
Популяцией называется группа организмов одного вида, обитающая на определенной территории.
Ее составляют особи разного возраста. Количественное соотношение между особями разных возрастов наз. возрастной структурой популяции. Каждому виду (в т.ч. и деревьев) свойственна своя возрастная структура популяций.
Разные виды вносят неодинаковый вклад в формирование, динамику и функционирование экосистемы. Наиболее сильное влияние имеют так называемые виды-эдификаторы и ключевые виды.
Эдификаторы – виды, которые создают основу экосистемы, определяют ее структуру и играют важнейшую роль в создании ее внутренней среды. Примерами могут являться доминирующие виды растений. Эдификаторы создают условия для существования множества других видов и в итоге определяют «лицо» экосистемы. Уничтожение вида-эдификатора означает, по сути, исчезновение всей экосистемы в целом (так, не может быть елового леса, если нет ели).
Ключевые виды – это виды, играющие в экосистеме очень важную роль, несмотря на относительно небольшую биомассу (они могут и не занимать доминирующего положения в экосистеме). Примером такого вида может служить кедровка, которая при относительно небольшой численности играет основную роль в воспроизводстве кедра – эдификатора этой экосистемы. Исчезновение ключевых видов существенно влияет на популяции др. видов и процессы в экосистеме.
В лесных сообществах выделяют несколько функциональных групп эдификаторов и ключевых видов: деревья, листо- и хвоегрызущие насекомые, крупные растительноядные и хищные животные и дереворазрушающие грибы.
Деревья создают основную часть продукции в лесных экосистемах и тем самым выступают основанием для большинства трофических цепочек. Большинство видов в лесных экосистемах существуют именно благодаря наличию деревьев. Сами деревья являются местообитаниями для многих видов: лишайников, мхов, грибов, насекомых, птиц, зверей.
Важным фактором динамики лесных экосистем являются различные естественные нарушения. Они могут иметь разный масштаб: микро-, мезо- и макро-. Микро- и мезонарушения связаны с гибелью отдельных крупных деревьев или их групп, деятельностью крупных копытных, растительноядных насекомых и т.д. Макронарушения связаны с последствиями рубок, пожаров, различных катастроф (ураганы, наводнения, вспышки размножения вредителей).
Не всегда те или иные нарушения являются гибельными для экосистемы.
Лесные пожары не для всех видов являются отрицательным фактором. Семена многих видов прорастают успешно только или почти исключительно на гарях, не встречая при этом конкурентов. Другой пример – шишки некоторых видов сосны раскрываются и разбрасывают семена только при высокой температуре.
Есть лесные экосистемы, где периодические пожары – естественное явление, пространственная структура таких экосистем в крупном масштабе представляет собой мозаику гарей разного возраста. Например, популяции С и Л после пожаров не только выживают, но и осваивают новые территории. После пожара создаются благоприятные условия для прорастания семян, приживания и дальнейшего развития всходов в результате улучшения освещенности, обеспечения минеральными элементами, резкого снижения конкуренции со взрослыми растениями.
На открытых пространствах, где пожаром была полностью уничтожена существовавшая ранее экосистема, первыми поселяются определенные виды растений, которые называются пирогенными. К ним относятся вейники, некоторые лишайники, малина, кипрей и др.
Наибольшее количество макронарушений в настоящее время вызвано антропогенными воздействиями. В результате таких нарушений создается мозаика крупных нарушенных участков, находящихся на разных этапах восстановления.
Крупномасштабные нарушения частично уничтожают неоднородность среды, вызванную локальными нарушениями. Исчезновение отельных микроместообитаний, связанных с мелкими нарушениями, ведет к исчезновению из экосистемы отдельных видов. Если в соседних с пострадавшим участках эти виды отсутствуют, то восстановление биоразнообразия в такой экосистеме будет неполным. Для полного восстановления потребуется весьма длительное время, и то при условии наличия источников возобновления исчезнувших видов. В ином случае оно не произойдет вообще.
Процесс поэтапного развития экосистемы на месте, лишенном живого покрова, или ее восстановления после разрушения называется сукцессией.
В ходе и в результате сукцессий меняются видовой состав, пространственная структура, показатели круговорота веществ, почвы и др. параметры экосистемы.
Процесс восстановления экосистемы под воздействием ее внутренних механизмов называется восстановительной сукцессией.
Считается, что через определенное время и при отсутствии повторных нарушений лесная экосистема может восстановиться до равновесного состояния. Чем более существенное внешнее воздействие на экосистему оказано, тем больше времени понадобиться для ее восстановления.
Первичная сукцессия - развитие сообществ идет на вновь образовавшихся, ранее никем и ничем не заселенных местообитаниях, - на песчаных дюнах, застывших потоках лавы, породах, обнажившихся в результате эрозии или отступления льдов.
Жить на таком грунте способны лишь немногие растения, их называют пионерами сукцессий. Типичные пионеры - мхи и лишайники. Они изменяют грунт, выделяя кислоту, которая разрушает и разрыхляет камни. Отмирающие мхи и лишайники под действием бактерий-редуцентов разлагаются, а их остатки перемешиваются с рыхлым каменистым субстратом (песком). Постепенное накопление органических остатков растительного происхождения приводит к формированию почвы, в результате чего становится возможным прорастание и рост мелких укореняющихся однолетних травянистых растений, затем многолетних трав, кустарников и деревьев, например, ольхи и ивы. На корнях ольхи находятся клубеньки - специальные органы, содержащие симбиотические бактерии, которые фиксируют атмосферный азот и способствуют накоплению в почве больших его запасов, за счет чего почва становится все более плодородной. Теперь на ней уже могут расти деревья, например сосна, береза и ель. Так постепенно происходит нарастание видового многообразия фитоценозов и усложнение их ярусности.
В природе первичные сукцессии встречаются сравнительно редко и продолжаются значительно дольше вторичных - до нескольких столетий. Главная причина такого медленного хода первичных сукцессий - необходимость разрушения материнской горной породы и медленное увеличение толщины почвенного слоя по мере сукцессии.
Таким образом, движущей силой сукцессии является то, что растения изменяют почву под собой, влияя на ее физические свойства и химический состав, так что она становится пригодной для видов-конкурентов, которые вытесняют первоначальных обитателей, вызывая смену сообщества - сукцессию.
Примером первичной сукцессии является также возрождение жизни на залитых потоками лавы склонах вулкана.
Вторичная сукцессия длится несколько десятков лет. Она начинается с того, что на освобожденном участке почвы появляются однолетние травянистые растения. Это - типичные сорняки: одуванчик, осот, мать-и-мачеха и другие. Их преимущество в том, что они быстро разрастаются и производят семена, приспособленные к распространению на далекие расстояния с помощью ветра или животных. Однако уже через два-три года их вытесняют конкуренты - многолетние травы, а затем - кустарники и деревья, прежде всего осина. Эти породы затеняют землю, а их обширные корневые системы забирают из почвы всю влагу, так что проросткам видов, первыми попавших на поле, становится трудно расти. Однако сукцессия на этом не останавливается; за осиной появляется сосна; а последними - медленно растущие теневыносливые породы, например ель или дуб. Через сто лет на этом участке восстанавливается то сообщество, которое было на месте поля до сведения леса и вспашки земли.
Примером вторичной сукцессии может служить и образование торфяного болота при зарастании озера. Изменение растительности на болотах начинается с того, что края водоема зарастают водными растениями. Влаголюбивые виды (камыш-тростник, осока) начинают разрастаться вблизи берегов сплошным ковром. Постепенно создается более или менее плотный слой растительности на поверхности воды. Отмершие остатки растений постепенно накапливаются на дне водоема. Из-за малого количества кислорода в застойных водах погибшие растения медленно разлагаются и постепенно превращаются в торф. Начинается формирование болотного биоценоза. Появляются сфагновые мхи, на сплошном ковре которых поселяются клюква, багульник, голубика. Здесь же могут поселяться сосенки, образуя редкую поросль тощих деревьев. Постепенно, с течением времени, образуется экосистема верхового болота.
Однократная зимняя выборочная рубка в разновозрастном ельнике с сохранением подроста, подлеска и напочвенного покрова, части старых деревьев и определенного кол-ва мертвой древесины (она также необходима для экосистем) приведет к тому, что за несколько десятилетий и древесный ярус, и биоразнообразие данного участка леса полностью восстановятся.
Противоположный пример – полное восстановление лесной экосистемы после катастрофического пожара требует обычно несколько столетий, особенно если после пожара гарь зарастает травянистой растительностью, препятствующей ВЛ.
Экосистемы, сформировавшиеся без воздействия человека, в стабильных условиях не нуждаются в какой-либо поддержке. Чем сильнее человек меняет леса, тем более неустойчивыми становятся их экосистемы, тем меньше они способны самостоятельно поддерживать себя в равновесии. Соответственно, тем выше будут затраты человека на его поддержание. Например, в большинстве регионов центра европейской России в лесах практически полностью исчезли волки, медведи, рыси и другие крупные хищники. В результате нужно регулировать поголовье копытных и зайцев, чтобы снизить риск возникновения у них эпидемий и уменьшить повреждение молодых деревьев.
Таким образом, чем сильнее человек меняет леса, тем более неустойчивыми становятся их экосистемы, тем менее они способны самостоятельно поддерживать себя в равновесии.
Сравнение контуров первоначального и современного лесного покрова свидетельствует о том, что с появлением «человека с топором» площади лесов на планете значительно сократились. Если оставить все обезлесенные за этот период территории без какого-либо хозяйственного воздействия на неограниченно долгое время, то бóльшая их часть в результате восстановительных сукцессий вновь зарастет лесом. Во многих случаях такой лес будет отличаться от первоначального хотя бы потому, что некоторые виды уже вымерли или исчезли с этой географической территории. Поэтому равновесное состояние в новой экосистеме будет уже иным.
Чтобы сохранить биоразнообразие лесных экосистем, недостаточно сохранить лишь крупные территории. Во многих регионах таких территорий уже нет. Заметно снизить потери биоразообразия при ведении рубок леса позволяет сохранение ключевых биотопов (ключевых местообитаний) – так называемые модельные леса (в Хабаровском крае – это модельный лес Гассинский). Понятие «ключевые биотопы» включает, помимо местообитаний редких видов, участки редких экосистем, отдельные небольшие ландшафтные и биологические элементы, важные для сохранения большого числа коренных лесных видов.
В Швеции, Норвегии и Финляндии составлены списки ключевых биотопов, которые охраняются либо законодательно, либо национальными системами лесной сертификации. Лесовладельцам разъясняется необходимость их сохранения. Их площадь в среднем составляет 0,8-1 % от площади продуктивных лесных земель.
Зачем нужно сохранять разнообразие видов? Можно ли, например, не заботиться о выживании видов, являющихся вредителями леса? Или о мелких малозаметных видах, например, мхах или моллюсках, о жизни которых нам ничего не известно?
Существует чисто прагматический ответ на эти вопросы. Генетически каждый вид живых организмов уникален, каждый из видов может являться носителем каких-либо еще не открытых полезных для человечества свойств, например пищевых или лекарственных. Таким образом, исчезновение любого вида может привести к невосполнимой утрате важного ресурса. Кроме того, каждый вид представляет собой интерес для науки.
Еще более важно то, что каждый вид занимает свою, только ему присущую, экологическую нишу и играет уникальную роль в экосистеме. Исчезновение вида приводит к разрыву его многочисленных связей с другими видами, вследствие этого нарушается функционирование экосистемы.
Подумайте о том, к чему может привести, например, исчезновение пчел, которое ученые давно предсказывают? Без пчел не выживет и сам человек.
Конечно, в экосистемах обычно имеются группы видов, занимающих сходные экологические ниши. Поэтому утрата одного вида, как правило, не приводит к существенным нарушениям равновесия в экосистеме. Однако более высокое разнообразие видов способствует лучшему выполнению экосистемой своих функций и большей устойчивости данной экосистемы.
По прогнозу крупнейших ученых, при сохранении нынешних темпов вымирания животных и растений, уже к концу ХХI века на планете перестанут существовать ⅔ всех известных науке видов птиц, млекопитающих, бабочек и растений.
Сложность организации естественных экосистем не дает нам оснований для надежд на построение искусственных экосистем, обеспечивающих стабилизацию окружающей среды с той же степенью точности.
В лесах России зарегистрировано около 3,5 тыс. сосудистых растений. Наивысший уровень биоразнообразия отмечен на С. Кавказе и юге Д. Востока. Самое большое количество древесных и кустарниковых пород (36) произрастает в Сочинском национальном парке, самое меньше – в некоторых р-нах Калмыкии, Карелии, Юж. Таймыра, Якутии (2-5). Среди равнинных территорий наибольшим разнообразием отличаются леса Калининградской обл., где насчитывается 21 лесообразующая порода. Доля малонарушенных лесов в европейской части России (около 10 %) – самая высокая в Европе, а в целом они составляют 20-25 % лесов страны. Однако и их площадь последние годы неуклонно сокращается. По данным на 2007 г., в России сохранилось около 276 млн. га малонарушенных лесных территорий, на которых представлена значительная часть лесного биоразнообразия Европы.
В 1995 г. Россия присоединилась к всемирной Конвенции о биологическом разнообразии. Согласно ей, «биологическое разнообразие означает вариабельность живых организмов из всех источников, включая среди прочего наземные, морские и иные водные экосистемы и экологические комплексы, частью которых они являются; это понятие включает в себя внутривидовое разнообразие, разнообразие видов, разнообразие экосистем. Устойчивое использование означает использование компонентов биоразнообразия таким образом и такими тепами, которые не приводят в долгосрочной перспективе к истощению биоразнообразия, тем самым сохраняя его способность удовлетворять потребности нынешнего и будущих поколений и отвечать их чаяниям».
Подводя некий итог, следует заметить, что как говорил известный лесовод Г.Ф. Морозов, «Всякое вторжение в лес, даже самое рациональное, всегда будет нарушением того подвижного равновесия, которым характеризуется природа вообще и природа леса в частности». Это необходимо помнить.
Лесная растительность является составной неотъемлемой частью биосферы планеты. Биосфера – пространство вокруг Земли, где существует жизнь в форме мира животных и растений. Элементарной частицей биосферы является биогеоценоз.
Биогеоценоз – однородный участок земной поверхности с определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечная энергия, почва и т.д.) компонентов, объединенных обменом вещества и энергии в единый природный комплекс.
Биогеоценоз – элементарная частица биосферы, однородная по комплексу неорганической среды, видовому составу и взаимоотношениями между ними.
Совокупность биогеоценозов образует биогеоценотический покров Земли.
Лесной биогеоценоз – это биогеоценоз, где основной образователь – древесные растения. Он отличается от просто «фитоценоза».
Фитоценоз – растительное сообщество, совокупность растений на относительно однородном участке земной поверхности (например, фитоценоз пойменные луга, болота).
Фитоценоз – открытая динамичная система, представляющая существенную часть биогеоценоза и изменяющаяся в течение года и по годам. Разновидностью фитоценоза является лесной фитоценоз (насаждение).
Лесной фитоценоз (ГОСТ 18486-73) – участок леса, однородный по древесной, кустарниковой растительности и живому напочвенному покрову.
Отличие фитоценоза от лесного фитоценоза в том, что во втором образующим элементом являются деревья. Лесной фитоценоз является частью лесного биогеоценоза (лесной фитоценоз не учитывает животный мир).
Жизненными формами древесных растений являются: деревья, кустарники, полукустарники, лианы.
Список использованной литературы.
1. Основы лесопользования: метод. указ. к изучению курса. Сафонова А.А. – Хабаровск: Изд-во ТОГУ, 2009 г.
2. Основы устойчивого лесоуправления: уч. пос. для студентов вузов. М. Л. Карпачевский и др. 2009г.
3. Экология справочник.
4. Студопедия.
5. Википедия.