Закономерности развития экосистем

Закономерности  развития экосистем

    К закономерностям развития экологических  систем относят:

    1) усложнение структуры и насыщение  видами;

    2) повышение целостности экосистемы;

    3) увеличение замкнутости и повышение  автономности;

    4) повышение степени преобразования  абиотических компонентов.

    В саморазвивающейся динамической системе  всегда присутствуют два типа подсистем: первая сохраняет и закрепляет ее строение и функциональные особенности, а вторая ориентирована на ее изменение. Благодаря этому система имеет  возможность самосохранения и развития в условиях обновляющейся среды  существования. Также наблюдается  тенденция всего сущего к усложнению организации путем нарастающей  дифференциации функций и подсистем. При этом выполняются законы ускорения  эволюции и вектора развития: развитие однонаправлено, а его темпы возрастают.

    Для живого формулируется закон необратимости  эволюции Л. Долло, согласно которому организм (популяция, вид) не может вернуться  к прежнему состоянию, уже осуществленному  в ряду предков. При этом действует  закон последовательности прохождения  фаз развития: фазы развития природной  системы могут следовать лишь в эволюционно и функционально  порядке, от простого к сложному, без  выпадения промежуточных этапов, но, возможно, с очень быстрым  их прохождением или эволюционно  закрепленным отсутствием.

    Закон сохранения массы в приложении к  экосистемам звучит следующим образом: баланс вещества в системе количественно  определяется разницей масс поступившего и вышедшего вещества за определенный промежуток времени.

    Пеpвое  начало теpмодинамики гласит, что энергия  не создается ни из чего и не исчезает в никуда, а только переходит из одной формы в другую. Независимо от формы, энергия означает способность  совершать работу.

    Втоpое начало теpмодинамики: энергетические процессы могут идти самопроизвольно  только при условии перехода энергии  из концентрированной формы в  рассеянную. То есть во всех процессах  некоторая часть энергии теряет свою способность совершать работу и ухудшает свое качество. Втоpое начало теpмодинамики также формулируется  через понятие энтpопии (мера беспорядка): процессы в изолиpованной системе  сопpовождаются pостом энтpопии.

    В откpытых системах, к котоpым относятся  и экологические, могут идти пpоцессы как с возpастанием, так и уменьшением  энтpопии. При этом в экосистеме вещество распределяется таким образом, что  в одних местах энтропия возрастает, а в других резко снижается. В  целом же, система не теряет своей  организованности или высокой упорядоченности. Способность системы снижать  неупорядоченность внутри себя иногда интерпретируют как способность  накапливать отрицательную энтропию - негэнтропию.

    Продолжая рассмотрение вопросов энтропии в экосистемах, стоит остановиться еще на двух положениях. Первое - положение Э.Шредингера, утверждающего, что упорядоченность организма (особи) всегда выше. чем окружающей его  среды и, следовательно, организм отдает в эту среду компоненты менее  организованные, чем те, которые  он из этой среды получает. Следовательно, правомерно положение Хаасе о  том, что организм питается негэнтропией, то есть энергетический показатель качества пищи всегда выше, чем тот же показатель продуктов диссимиляции.

    Большое значение в развитии экологических  систем имеет закон максимизации энергии и информации: система  всегда стремиться к максимальному  освоению поступающей к ней энергии  и информации, что определяет ее устойчивость и конкурентоспособность.

    Логическим  развитием закона максимизации энергии  и информации является закон минимума диссипации энергии Л. Онсагера или  принцип экономии энергии: при вероятности  развития процесса в некотором множестве  направлений реализуется то, что  обеспечивает минимум диссипации энергии. В качестве примеров минимальной траты энергии природных процессов можно привести такие далекие друг от друга естественные образования, как пчелиные соты и полигональные формы рельефа, представляющие собой те же шестигранники, но образующиеся в результате процессов промерзания-протаивания мерзлотных грунтов в тундре.

    С этими законами органически связан принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем  воздействии, выводящем систему  из устойчивого равновесного состояния, равновесие смещается в том направлении, в котором эффект внешнего воздействия  ослабляется. Отсюда вытекает принцип  тормозящего развития, суть которого сводится к тому, что в период наиболее интенсивного развития системы  возникают также и максимально  действующие тормозящие эффекты.

    В открытой в теpмодинамическом отношении  экосистеме мигpация вещества, энеpгии  и инфоpмации пpоисходит как между  элементами самой системы, так и  чеpез ее гpаницы. Следовательно, правомерен принцип энергетической проводимости, утверждающий, что поток энергии, вещества и информации в экосистеме должен быть сквозным и охватывать все ее компоненты.

    Важнейшее следствие из этого принципа - закон  сохранения жизни, сформулированный Ю.Н. Куржаковским. Он гласит: жизнь может  существовать лишь при движении через  живое тело потока веществ, энергии  и информации.

    Исходя  из pеального взаимодействия живых  оpганизмов, обpазующих экосистему, между собой и сpедой их обитания, пpавомеpно вычленить в любой экосистеме взаимообусловленные совокупности биотических и абиотических компонентов, а также факторы среды.

    Биоту, входящую в состав биогеоценоза или  элементарной экосистемы, пpинято называть биоценозом, а пространство им занятое  – биотопом. Cовокупности пpиpодных  фактоpов, в свою очередь, опpеделяют  и лимитиpуют pазвитие экосистем. Таким образом, абиотические компоненты в совокупности с биотическими и пpиpодными фактоpами, составляют экологические условия жизнеобитания.

    Наиболее  полно закономерности роста и  развития растений как экологических  систем изучены учеными-лесоводами на основе влияний древесных пород  в свободных посадках, когда человек  не вмешивается в формирование кроны.

    По  одной из классификаций различают  группу прямых влияний растений в  фитоценозе (контактные влияния: давление корней и охлестывание ветвями, срастание  корней и паразитизм при срастании  организмов - somedata.ru) и группу косвенных  влияний (изменение физических и  химических свойств, влажности, солевого режима почвы в результате корневых выделений, изменения климатических  факторов — затенения, газового состава  воздуха при выделении и усвоении фитонцидов, кронообразующая роль биологического поля).

    Химическая  природа соединений, выделяемых корнями  растений в почву, в настоящее  время уже расшифрована. Это витамины, сахара, органические кислоты, ферменты, гормоны, фенольные соединения. Состав корневых выделений неодинаков у  разных видов растений.

    Фенольные соединения являются тем компонентом, который определяет токсичность  корневых выделений данного вида растений для других видов. В аллелопатии  их называют «колинами». Эти соединения могут не оказывать угнетающего  действия на рядом растущие растения, но могут быть токсичными для определенных вредителей и возбудителей болезней. В этом случае они даже защищают соседнее растение от вредителей и  возбудителей болезни.

    Не  такой уж редкий случай, когда рядом  растущие растения оказывают благоприятное  влияние друг на друга посредством  корневых выделений, то есть растения могут обмениваться различными веществами через корни - somedata.ru. Например, корневые выделения горчицы стимулируют  рост гороха. Это явление называют взаимопомощью между растениями, на нем основан способ смешанных посевов.

    Есть  предположения, что корневые выделения  свеклы обладают свойствами антибиотиков, и поэтому посадка ее с некоторыми культурами, в частности с морковью, может оказать на них оздоравливающее  действие. При этом не следует забывать о соблюдении достаточного расстояния между растениями, так как мощная листва свеклы затеняет соседние культуры.

    Косвенное взаимодействие растений друг на друга  через почву лежит в основе правил чередования культур в  севообороте. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение

    Когда в середине шестидесятых годов двадцатого столетия проблемы окружающей среды  оказались в центре внимания мировой  общественности, встал вопрос: сколько  времени в запасе у человечества? Когда оно начнет пожинать плоды  пренебрежительного отношения к  окружающей его среде? Ученые рассчитали: через 30-35 лет. Это время настало. Мы стали свидетелями глобального  экологического кризиса, спровоцированного  деятельностью человека. Вместе с  тем последние тридцать лет не прошли даром: создана более твердая  научная основа понимания проблем  окружающей среды, образованы регламентирующие органы на всех уровнях, организованы многочисленные общественные экологические  группы, приняты полезные законы и  постановления, достигнуты некоторые  международные договоренности.

    Однако  ликвидируются в основном последствия, а не причины сложившегося положения. Например, люди применяют все новые  средства борьбы с загрязнениями  на автомобилях и стараются добывать все больше нефти вместо того, чтобы  поставить под вопрос саму необходимость  удовлетворения чрезмерных потребностей. Человечество безнадежно стремится  спасти от вымирания несколько видов, не обращая внимание на собственный  демографический взрыв, стирающий  с лица земли природные экосистемы.

    Основной  вывод ясен: системы, противоречащие естественным принципам и законам, неустойчивы. Попытки сохранить  их становятся все более дорогостоящими и сложными и в любом случае обречены на неудачу.

    Чтобы принимать долгосрочные решения, необходимо обратить внимание на принципы, определяющие устойчивое развитие, а именно:

    - стабилизация численности населения;

    - переход к более энерго и ресурсосберегающему образу жизни;

    - развитие экологически чистых источников энергии;

    - создание малоотходных промышленных технологий;

    - рециклизация отходов;

    - создание сбалансированного сельскохозяйственного производства, не истощающего почвенные и водные ресурсы и не загрязняющего землю и продукты питания;

    - сохранение биологического разнообразия на планете. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Литература

1. Захаров Е.И., Качурин Н.М., Панферова И.В. Основы общей экологии:Учеб. пособие. - Тула: ТулГТУ, 2009.
2. Стадницкий Г. В., Родионов А. И. Экология. - М.: Высш. шк., 2003.
3. Реймерс Н. Ф. Охрана природы и окружающей человека Среды: Словарь-справочник . - М.:Просвещение, 2006.
4. Материалы сайта http://www.zadachi.org.ru