Каждая экосистема планеты находится в состоянии динамического равновесия. При этом в них постоянно протекают особые процессы, приводящие к определенным изменениям. Во время этих преобразований меняется состав биоты, структура экосистемы, а также ее продуктивность. Все эти процессы в совокупности получили название экологическая сукцессия. Главная особенность состоит в том, что сообщество всегда возвращается к исходному состоянию.
Определение понятия
Впервые понятие «экологическая сукцессия» в биологию было введено американским ботаником Клементсом. По его мнению, все изменения сообществ во времени являются естественным процессом, протекающим под воздействием изменений климата.
На финальном этапе сукцессии формируется новое сообщество, которое смогло приспособиться к климатическим изменениям. Появившееся сообщество Клементс назвал климакс-фармацией либо климаксом.
Сукцессию составляет несколько этапов:
- появление незаселенного живыми организмами пространства — фаза обнажения;
- заселение территории первыми поселенцами (пионерами) — фаза миграции;
- колонизация пространства и приспособление живых организмов к новым условиям жизни;
- вытеснение части первых видов и обратное воздействие сообщества на условия проживания и биотоп — фаза формирования климаксового биоценоза (исторически сложившаяся совокупность живых организмов, заселивших однородную среду обитания).
В современной науке позиции Клементса расширены, но сама концепция сукцессии практически не изменилась. Сейчас в развитии этого явления принято выделять особую роль не только климата, но и других факторов. Однако ключевым отличием является то, что современная наука считает этот процесс временным этапом.
Таким образом, в настоящее время экологической сукцессией принято называть последовательную смену биоценоза в рамках одного биотопа (однородный участок местности, занимаемый конкрентным биоценозом).
Особенности классификации
В экологии сукцессии принято классифицировать по различным показателям, которые изменяются во время прохождения этого процесса. Также деление происходит в зависимости от причин происходящих изменений. Чаще всего ученые используют следующую классификацию:
- по времени — очень медленные, медленные, быстрые и средние;
- по обратимости — необратимые либо обратимые;
- в зависимости от характера изменений, наблюдаемых во время сукцессии — гетеротрофные или автотрофные;
- в соответствии со степенью постоянства — непостоянные и постоянные;
- с учетом тенденции продуктивности — регрессивные и прогрессивные;
Однако наиболее популярной является классификация в зависимости от характера биотопа: первичная и вторичная. Именно эти группы стоит рассмотреть подробнее.
Первичная сукцессия
Это сукцессия, которая развивается в безжизненном биотопе. Чаще всего она начинается на песчаных либо каменистых поверхностях. Однако в роли исходных субстратов могут также служить:
- скалы;
- речные наносы;
- вулканическая лава;
- овраги и так далее.
Проще всего проследить любой тип сукцессии на примере растительных организмов. Это связано с тем, что субстрат сначала населяют растения. Выжить на застывшей лаве вулканов либо голых скалах крайне сложно. Чаще всего в роли пионеров выступают лишайники и мхи.
Благодаря их жизнедеятельности происходят определенные изменения в составе грунта. Кроме этого они выделяют кислоту, разрушающую каменистую почву. После отмирания лишайники и мхи разлагаются под воздействием бактерий. Их останки смешиваются с рыхлым субстратом. В результате появляется первая почва, на которой способны выжить другие растительные организмы.
Первичная сукцессия протекает довольно долго, так как для разрушения изначального субстрата требуется много времени. По мере протекания этого процесса увеличивается толщина плодородного грунта. В результате на смену лишайникам и мхам приходят травы. Их корешки проникают в мелкие трещинки камня и продолжают его разрушать.
С течением времени начинают появляться многолетние кустарники, например, ольха. На корнях этого растения присутствуют особые органы — клубеньки. Они содержат симбиотические виды бактерий, способные фиксировать азот.
Благодаря их деятельности в почве создаются большие запасы этого вещества, что делает грунт более плодородным. Эти изменения позволяют деревьям начать заселять новую территорию.
Таким образом, в первичной сукцессии можно выделить несколько этапов. На примере образования лесной зоны они выглядят следующим образом:
- безжизненный субстрат;
- лишайники;
- мхи;
- однолетние травы;
- злаковые и многолетние травы;
- кустарники;
- деревья первой генерации;
- деревья второй генерации.
Однако в некоторых природных зонах сукцессия завершается на более ранних стадиях. Например, в степи это наблюдается на этапе появления трав.
Вторичный процесс
Вторичная сукцессия представляет собой замещение одного экологического сообщества другим. В тех местах планеты, где во взаимоотношения живых организмов не вмешивается человек, климакс-сообщество может существовать неограниченно длительное время. Однако его развитие может прекратить любое внешнее воздействие. Наиболее распространенными причинами начала развития вторичной сукцессии являются:
- изменение климата;
- вмешательство человека;
- становление новых, более стабильных взаимоотношений между проживающими на этой территории видами;
- изменение геологических условий.
Как только произошло разрушение экологического сообщества, стартует вторичная сукцессия, представляющая собой медленное восстановление исходного состояния.
Примером этого процесса является зарастание вырубки леса. Вторичная сукцессия начинается с появления на освобожденной почве однолетних сорных трав.
У этих растительных организмов есть одно неоспоримое преимущество перед другими — они способны быстро расти, а их семена распространяются на большие расстояния. Однако через 2−3 года их вытесняют конкуренты — многолетние травы, а затем кустарники и деревья. Эти виды затеняют землю, а их корни поглощают практически всю влагу.
Процесс вторичной сукцессии продолжается до тех пор, пока не будет восстановлено сообщество, занимавшее эту территорию.
Таким образом, главная особенность экологической сукцессии состоит в том, что все изменения сообщества направлены на его возвращение к равновесному состоянию. Говоря проще, на каждой стадии этого процесса возникает определенное климакс-сообщество, в котором преобладают конкретные виды живых организмов. Они сменяют друг друга до того момента, пока не будет достигнуто состояние равновесия.
Типы изменений
Во время сукцессии облик сообщества постоянно преобразуется. Одновременно с этим изменяется и функционирование всей экологической системы. Сегодня ученые выделяют 4 вида сукцессионных преобразований:
- Виды растительных и животных организмов непрерывно сменяют друг друга.
- Видовые изменения в сообществе чаще всего обусловлены конкуренцией. Это связано с тем, что все сукцессионные изменения приводят к появлению благоприятной среды обитания для колонизации территории новыми видами. В результате повышается видовое разнообразие.
- Увеличивается биомасса органического вещества.
- Снижается чистая продукция сообщества, а его дыхание усиливается. Это наиболее значимое явление сукцессии. На первых этапах общая продукция автотрофов очень высока, но с течением времени это показатель падает.
Ученые установили, что растения обладают максимальной продуктивностью в том случае, если общая освещенная поверхность их листьев превышает в 4−5 раз поверхность грунта.
Дальнейшее увеличение этого показателя не приводит к росту эффективности фотосинтеза, так как возрастает площадь затененной территории. Кроме этого дыхание слабоосвещенных листочков существенно снижает общую продуктивность сообщества.
Значение для человека и природы
Зрелое сообщество с большим видовым разнообразием, а также хорошо развитой трофической структурой, даже при условии наличия некоторых видов химического загрязнения является более устойчивым в сравнении с молодым.
При этом молодое сообщество также имеет важное преимущество — оно активно производит новую биомассу. К сожалению, люди не полностью осознают свою тесную взаимосвязь с природой. Подтверждением этого факта являются новые пустыни, появившиеся из-за воздействия человека на окружающий мир.
Люди должны приспосабливаться к протекающим в природе процессам, а не стремиться управлять ими. Однако имеющиеся знания подтверждают тот факт, что превращение биосферы планеты в сплошной ковер пахотных земель несет в себе серьезную угрозу цивилизации. Чтобы люди смогли и дальше жить на планете, некоторые территории должны быть населены природными сообществами.
