Ekosystemy i sukcesja ekologiczna- Zadanie 17.6.: Baza wiedzy - Biologia - Szkoła ponadpodstawowa

Rozwiązanie

EKOSYSTEMY I SUKCESJA EKOLOGICZNA

U podstaw funkcjonowania przyrody stoi sieć złożonych zależności - rośliny, zwierzęta, grzyby i różnorodne mikroorganizmy współdziałają z elementami nieożywionymi, tworząc harmonijną całość. Każdy z nich pełni unikatową, ważną funkcję, umożliwiającą zachowanie stabilności układu. Taki właśnie układ nazywamy systemem ekologicznym, a dokładniej - ekosystemem.

W skład każdego ekosystemu wchodzą wzajemnie na siebie oddziałujące biocenoza i biotop.

Biotop tworzy środowisko życia dla biocenozy. Oddziaływania między nimi są jednak obustronne - biocenoza bowiem korzysta i modyfikuje wiele elementów biotopu. W zależności od charakteru i oddziaływań biocenozy i biotopu ekosystem przyjmuje określoną strukturę przestrzenną. Przykładem ekosystemu o złożonej, widocznej strukturze przestrzennej jest ekosystem leśny.

WARSTWA (PIĘTRO) LASU	CECHY
gleba	powierzchniowa warstwa skorupy ziemskiej jej zewnętrzną warstwę stanowi warstwa próchnicza bogata w martwą materię organiczną skład gleby może być różnorodny i wpływa na skład gatunkowy lasu, który się na niej rozwija
ściółka	znajdują się w niej szczątki roślin i zwierząt jest głównym miejscem występowania reducentów leśnych stanowi środowisko życia wielu bezkręgowców
runo	warstwa drobnej roślinności - mchów, roślin zielnych oraz drzew i krzewów w najmłodszych stadiach rozwojowych stanowi środowisko życia bezkręgowców i niewielkich kręgowców (np. płazów, gadów, małych ssaków)
podszyt	warstwa krzewów i młodych drzew (do wysokości około 6 m) stanowi środowisko życia bezkręgowców i kręgowców
drzewostan	warstwa dojrzałych drzew stanowi przede wszystkim środowisko życia ptaków, ssaków (np. niektórych gryzoni) i wielu bezkręgowców

Oprócz struktury przestrzennej ekosystemy mają także określoną strukturę troficzną, czyli pokarmową. Jest ona związana ze strukturą biocenozy, w której skład wchodzą organizmy przynależące do trzech głównych poziomów troficznych.

Producenci - grupa tworzona przez organizmy autotroficzne, które przekształcają związki nieorganiczne w organiczne, tworząc tym samym materię organiczną.

Konsumenci - grupa tworzona przez organizmy heterotroficzne - roślinożerne i drapieżne. Roślinożercy należą do konsumentów I rzędu, zaś organizmy drapieżne - do konsumentów II i wyższych rzędów.

Reducenci (destruenci) - grupa tworzona przez organizmy heterotroficzne żywiące się martwą materią organiczną, którą przekształcają do związków prostszych lub do związków nieorganicznych, sprawiając, że mogą one zostać wykorzystane przez producentów.

Ekosystemy można klasyfikować ze względu na:

uwarunkowania środowiskowe;
dostęp do energii świetlnej;
stopień przekształcenia przez działalność człowieka.

Przykłady ekosystemów lądowych: las, łąka, pole uprawne

Przykłady ekosystemów wodnych: jezioro, ocean, rzeka (lub jej fragment)

Cechy ekosystemów autotroficznych:

mają swobodny dostęp do światła słonecznego (energii);
obecni są w nich producenci, którzy wytwarzają materię organiczną;
materia organiczna przechodzi przez kolejne poziomy troficzne i jest rozkładana przez destruentów - materia krąży więc w ekosystemie, dzięki czemu jest on samowystarczalny.

Przykłady: las, jezioro

Cechy ekosystemów heterotroficznych:

nie mają dostępu do energii słonecznej;
nie ma w nich producentów materii;
materia jest do nich dostarczana z zewnątrz - ekosystemy te nie są więc samowystarczalne.

Przykłady: dno oceanu, jaskinia

Ekosystemy naturalne

powstały w sposób naturalny
funkcjonują bez konieczności działań człowieka
są pozbawione wpływu człowieka lub wpływ tych działań jest minimalny i nie wpływa znacząco na ich funkcjonowanie

Przykład: obszary chronione lasów deszczowych

Ekosystemy półnaturalne

powstały w wyniku działalności człowieka lub zostały przez nią wyraźnie zmienione
wpływ człowieka na ich funkcjonowanie jest stosunkowo niewielki
mają zdolność samoregulacji

Przykład: pastwiska

Ekosystemy sztuczne

powstały w wyniku działalności człowieka
są stale gospodarowane przez człowieka, aby pełnić określone przez niego funkcje

Przykład: pole uprawne

SUKCESJA EKOLOGICZNA

→ proces kierunkowych zmian w obrębie biocenozy i biotopu, prowadzący do przekształceń całego ekosystemu; ujmowana także jako ewolucja ekosystemu

Wyróżnia się dwa rodzaje sukcesji ekologicznej:

sukcesję pierwotną zachodzącą na terenach, na których jak dotąd nie była obecna żadna biocenoza;
sukcesję wtórną zachodzącą na terenach, gdzie występowała wcześniej inna biocenoza, ale została ona zniszczona na skutek zmian środowiskowych lub antropogenicznych.

Przebieg sukcesji pierwotnej

ETAP SUKCESJI	OPIS
Etap I. Udostępnienie przestrzeni	Następuje pojawienie się lub odsłonięcie terenu dziewiczego - np. powierzchni skalnej, zastygłej lawy, nowo powstałej wydmy.
Etap II. Imigracja gatunków	Na udostępnionej powierzchni osiedlają się gatunki pionierskie. W przypadku powierzchni skalnych jako pierwsze pojawiają się porosty. Organizmy te wytwarzają kwasy porostowe, które prowadzą do chemicznej erozji skał, dzięki czemu podłoże staje się dostępne także dla innych gatunków. Pojawiają się zatem drobne rośliny, na przykład mchy, które mają zdolność do gromadzenia wody.
Etap III. Konkurencja	Mchy i porosty stanowią pożywienie dla drobnych bezkręgowców, które zaczynają konkurować ze sobą o pokarm. W miarę obumierania organizmów zwiększa się ilość martwej materii organicznej, a co za tym idzie - zwiększa się liczebność destruentów. Ich działalność prowadzi zaś do zwiększenia żyzności podłoża, co umożliwia roślinności. Pojawiają się więc paprocie, rośliny zielne, krzewy i młode drzewa.
Etap IV. Stabilizacja	Skład gatunkowa i struktura biocenozy podlega oddziaływaniom ekologicznym, które prowadzą do stabilizacji całego ekosystemu.
Etap V. Klimaks	Jako ustabilizowane stadium końcowe (klimaksowe) powstaje ekosystem leśny. Stanowi on w tym przypadku efekt sukcesji pierwotnej. Trwałość ekosystemu będzie zależała od dalszego wpływu warunków środowiskowych.

Mianem „pionierskich” określa się organizmy, które ze względu na swoje niewielkie wymagania ekologiczne są w stanie kolonizować niezasiedlone dotąd tereny.

Organizmy pionierskie cechują się najczęściej:

tolerancją ekologiczną względem skrajnych warunków środowiskowych (tolerują np. duże nasłonecznienie);
zdolnością do przekształcania środowiska (np. poprzez wydzielanie substancji do podłoża);
szybkim wzrostem i rozwojem;
strategią rozprzestrzeniania przez wiatr;
wysokim potencjałem rozrodczym.

Ważne!

Jako „pionierskie” określa się także niektóre gatunki roślin. Takie pojmowanie gatunków pionierskich stosowane jest jednak w odniesieniu do sukcesji wtórnej, a nie sukcesji pierwotnej. Roślinami pionierskimi nazywamy bowiem te rośliny, które kolonizują tereny niezalesione (np. nieużytki rolne). Gatunki te cechują się najczęściej światłożądnością, rozprzestrzenianiem nasion przez wiatr, produkcją licznych nasion o niewielkich rozmiarach oraz niewielkimi wymaganiami względem żyzności i wilgotności gleby. Przykładami takich gatunków są topola osika, brzoza brodawkowata czy sosna zwyczajna.

Cechy sukcesji wtórnej związane z jej przebiegiem:

przebiega stosunkowo dynamicznie ze względu na to, że już na początkowym etapie charakteryzuje się stosunkowo dużą żyznością;
zarastanie terenu zapoczątkowane jest pojawieniem się gatunków pionierskich, w tym roślin o takim charakterze;
na odsłoniętym terenie stopniowo pojawiają się coraz bardziej zaawansowane grupy roślinności - początkowo mchy i rośliny zielne, a następnie krzewy i drzewa;
może mieć charakter rekreatywny (wówczas następuje wytworzenie podobnego ekosystemu do tego, który na danym obszarze występował przed rozpoczęciem sukcesji wtórnej) lub kreatywny (skutkuje wytworzeniem nowego typu ekosystemu).

Innym przykładem sukcesji wtórnej jest zarastanie jezior. Wiąże się ono z procesem eutrofizacji, czyli stopniowego wzbogacania ekosystemu w pierwiastki biogenne (użyźniania). Eutrofizacja może być procesem naturalnym, jednak często to działalność człowieka stanowi jej przyczynę (lub znacznie przyspiesza jej przebieg).

Przebieg eutrofizacji jeziora:

1. Zwiększenie stężenia pierwiastków biogennych w zbiorniku (głównie azotu i fosforu). W warunkach naturalnych może ono nastąpić na skutek erozji okolicznych gleb i jest procesem długotrwałym. Współcześnie wzrost stężenia azotu i fosforu jest skutkiem działalności człowieka - nawożenia gleb, intensywnego stosowania detergentów i innych środków chemicznych, które dostają się do wód powierzchniowych i gruntowych.

2. Zakwit wód. W wyniku dużego stężenia pierwiastków biogennych dochodzi do dynamicznego wzrostu drobnych organizmów autotroficznych - fitoplanktonu. Ich duża liczebność powoduje, że na powierzchni zbiornika tworzą one zieloną warstwę przypominającą kożuch.

3. Zmiana stosunków chemicznych w wodzie. Zwarta warstwa fitoplanktonu utrudnia dostęp światła do głębszych warstw zbiornika, co skutkuje stopniowym obumieraniem roślinności. Obumierające organizmy (w tym fitoplankton) opadają na dno zbiornika wodnego, co powoduje wzrost aktywności i liczebności destruentów. Dochodzi przez to do zmniejszenia stężenia tlenu i zwiększenia intensywności zachodzenia procesów beztlenowych, co z kolei prowadzi do wytwarzania takich związków jak metan, amoniak czy siarkowodór. Powoduje zwiększenie śmiertelności fauny oraz pozostałej flory.

Ciekawostka!

Zdarzają się sytuacje, że naturalna sukcesja nie jest zjawiskiem pożądanym. Przykładem może być Pustynia Błędowska (która w sensie klimatycznym nie jest pustynią, a obszarem lotnych piasków). Mimo że ten unikatowy w skali Europy obszar nie powstał naturalnie, a jest ubocznym skutkiem działalności przemysłowej człowieka, stanowi obecnie ważny element wpływający bioróżnorodność okolicznych rejonów Jury Krakowsko-Częstochowskiej. Obecny obraz Pustyni Błędowskiej jest zagrożony przez nieustanne ryzyko porastania jej przez okoliczną roślinność. Prowadzone są zatem działania, które nie doprowadzają do zarastania pustyni lub hamują czy ograniczają ten proces. Celem zabiegów ochronnych prowadzonych na terenie Pustyni Błędowskiej jest zatem zatrzymywanie sukcesji ekologicznej.

Porównanie sukcesji pierwotnej i wtórnej

kryteria różnicujące	SUKCESJA PIERWOTNA	SUKCESJA WTÓRNA
przyczyny	odsłonięcie terenów dotychczasowo niezasiedlonych przez organizmy (np. zaschnięta lawa, wyspa wulkaniczna, nowo powstała wydma, odsłonięta skała)	zniszczenie dotychczasowego ekosystemu (np. na skutek powodzi, pożaru czy działalności człowieka - np. wycinki lasu)
skutki	- tworzenie nowych struktur biocenotycznych - zmiany w obrębie biotopu (zmiana stosunków glebowych i wodnych)	- zmiana składu gatunkowego i struktury biocenozy
długość trwania procesów	stosunkowo długo - kilkaset, kilka tysięcy lat	stosunkowo krótko - zmiany mogą być widoczne nawet w ciągu kilkunastu lat

Jak już zostało wspomniane, sukcesja wiąże się nie tylko z przemianami biocenozy, ale także ze zmianami w obrębie biotopu, na które wpływ mają właśnie oddziaływania ze strony biocenozy. Kluczowy wpływ biocenozy obserwuje się w kontekście procesów glebotwórczych oraz kształtowaniu mikroklimatu.

Wpływ biocenozy na procesy glebotwórcze

ETAP PROCESU GLEBOTWÓRCZEGO	OPIS	WPŁYW BIOCENOZY NA PROCES
etap przygotowawczy	Obejmuje proces wietrzenia skał, czyli ich rozkładaniu i rozpadaniu na drobne części.	Jednym z rodzajów wietrzenia jest wietrzenie biologiczne, które obejmuje wpływ organizmów pionierskich na rozkładanie skał (np. porostów wytwarzających kwasy porostowe, które powodują dezintegrację struktury skały).
humifikacja	Tworzenie próchnicy na drodze rozkładu martwej materii organicznej.	Procesy te odbywają się dzięki działalności destruentów - grzybów i bakterii.
mineralizacja	Rozkład martwej materii organicznej do związków nieorganicznych.
etap przemieszczania	Przemieszczanie się związków organicznych i nieorganicznych dzięki różnorodnym procesom zachodzącym w glebie (np. przenikaniu wód).	Jednym z czynników wpływających na ten proces jest działalność organizmów glebowych (np. dżdżownic czy kretów).

Biocenoza oddziałuje także na mikroklimat, czyli warunki klimatyczne charakterystyczne dla określonego, niewielkiego obszaru. Jednym z przykładów jest mikroklimat ekosystemu leśnego.

Cechy mikroklimatu leśnego:

mniejsze lub nierównomierne nasłonecznienie;
większa wilgotność powietrza;
mniejsze wahania temperatur;
mniejsza temperatura powietrza niż na terenach otwartych;
mniejsza prędkość wiatru.

Co jednak ważne, cechy mikroklimatu leśnego są zróżnicowane - zależą m. in. od składu gatunkowego lasu, stopnia zwarcia drzewostanu oraz jego struktury przestrzennej.

SŁOWNICZEK

ekosystem - układ ekologiczny tworzony przez współistniejące i oddziałujące na siebie nawzajem biotop i biocenozę

ekosystem autotroficzny - ekosystem samowystarczalny, w którym dochodzi do wytwarzania materii organicznej na skutek działalności producentów

ekosystem heterotroficzny - ekosystem niebędący samowystarczalny, do którego materia organiczna dostarczana jest z zewnątrz

eutrofizacja wód - zwiększanie żyzności wód na skutek wzrostu stężenia pierwiastków biogennych

klimaks - końcowe, stabilne stadium sukcesji ekologicznej

mikroklimat - lokalne warunki klimatyczne charakterystyczne głównie dla konkretnych ekosystemów

organizm pionierski - organizm przystosowany do kolonizowania nowych organizmów, na których nie występują inne organizmy lub występują nielicznie

Dagmara Jankowska

Nauczycielka biologii

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.