Экологическая последовательность, объяснение
Экологическая сукцессия — это процесс, при котором сочетание видов и местообитаний в районе меняется с течением времени. Постепенно эти сообщества сменяют друг друга до тех пор, пока не будет достигнуто «климаксное сообщество» — подобное зрелому лесу — или пока не произойдет возмущение, подобное пожару.
Экологическая сукцессия является фундаментальным понятием в экологии. Изучение сукцессии было начато в Чикагском университете Генри Чендлером Коулзом, который также был одним из основателей экологии как дисциплины, поскольку он изучал растения дюн Индианы.
Перейти к разделу:
- Что такое экологическая сукцессия?
- Что такое первичная и вторичная экологическая сукцессия?
- Что такое климаксное сообщество?
- Что является примером экологической преемственности?
- Последовательность растений в дюнах Индианы
- Как мы понимаем экологическую сукцессию сегодня?
- Генри Чендлер Коулз, экологическая преемственность и Чикагский университет
Что такое экологическая сукцессия?
Экологическая сукцессия — это процесс, посредством которого естественные сообщества заменяют (или «преуспевают») друг друга с течением времени. Например, когда старое фермерское поле на Среднем Западе СШАзаброшен и оставлен в покое на много лет, он постепенно превращается в луг, затем вырастает несколько кустов, и, в конце концов, деревья полностью заполняют поле, образуя лес.
Каждое растительное сообщество создает условия, которые впоследствии позволяют процветать различным растительным сообществам. Например, ранние колонизаторы, такие как травы, могут добавлять в почву питательные вещества, тогда как более поздние, такие как кустарники и деревья, могут создавать укрытие и тень. Преемственность временно прекращается, когда формируется «климаксное» сообщество; такие сообщества остаются в относительном равновесии до тех пор, пока нарушение не перезапустит процесс сукцессии.
В этом видео от Службы национальных парков Тим Уоткинс и Роберт Бойд исследуют дюны Индианы, изучая их историю как важный пример для развития теории экологической преемственности.
Понимание того, как происходит сукцессия в различных экосистемах, и какие нарушения и временные промежутки приводят к формированию различных растительных и животных сообществ, важно для ученых, которые хотят понять динамику экосистемы и эффективно защищать или восстанавливать естественные сообщества.
Например, многие естественные сообщества в Северной Америке приспособились к периодическим нарушениям лесных пожаров: это может помочь сохранить сообщества прерий или саванн, которые зависят от открытой среды обитания и круговорота питательных веществ, которые могут возникнуть в результате пожара.
Что такое первичная и вторичная экологическая сукцессия?
Существует два основных типа экологической сукцессии: первичная сукцессия и вторичная сукцессия.
Первичная последовательность происходит, когда новый участок земли создается или подвергается воздействию впервые. Это может произойти, например, когда лава остывает и образует новые породы, или когда ледник отступает и обнажает скалы без какой-либо почвы. Во время первичной сукцессии организмы должны начинать с нуля. Во-первых, лишайники могут прикрепляться к камням, и может появиться несколько небольших растений, способных жить без большого количества почвы. Они известны как «виды-первопроходцы».
Постепенно разложение этих растений способствует формированию почвы, и все больше и больше растений начинают заселять территорию. В конце концов становится доступным достаточное количество почвенных форм и питательных веществ, так что формируется климаксное сообщество, подобное лесу. Если сайт нарушен после этого момента, происходит вторичная сукцессия.
Вторичная преемственность происходит, когда на кульминационное сообщество или промежуточное сообщество воздействует возмущение. Это перезапускает цикл сукцессии, но не возвращается к началу — почва и питательные вещества все еще присутствуют.
Например, после лесного пожара, который уничтожил все взрослые деревья в определенном ландшафте, может вырасти трава, за которой последуют кустарники и различные виды деревьев, пока, в конце концов, сообщество, существовавшее до пожара, не появится снова.
Что такое климаксное сообщество?
Климаксное сообщество является «конечной точкой» сукцессии в контексте определенного климата и географии. Например, на Среднем Западе США таким сообществом может быть лиственный лес с доминирующими породами деревьев — дубами и гикори.
Климаксное сообщество будет сохраняться в данном месте до тех пор, пока не произойдет нарушение. Однако во многих экосистемах нарушения происходят достаточно часто, чтобы в ландшафте постоянно присутствовала матрица типов сообществ.
Например, в районах, подверженных лесным пожарам, таких как запад США, зрелые леса могут существовать рядом с травянистыми лугами с меньшим количеством разбросанных деревьев. Таким образом, постоянное нарушение и изменение таких факторов, как доступность воды и питательных веществ, в течение десятилетий позволяет многим сообществам растений и животных процветать в определенной климатической и географической нише, а не только тем, которые адаптированы к отсутствию нарушений, наблюдаемых в климаксных сообществах.
Что является примером экологической преемственности?
Экологическая сукцессия может происходить во многих контекстах и на протяжении многих промежутков времени.
На Гавайях и в Исландии первичная сукцессия происходит в потоках лавы, где образовалась новая земля; в канадских дюнах Атабаска это происходит, когда новый песок откладывается вдоль берега озера; в Андах это происходит, когда ледники отступают.
Во многих регионах вторичная сукцессия происходит там, где лесные пожары уничтожили хвойные леса или где бывшие сельскохозяйственные угодья превращаются в луга или кустарники.
Общим для этих примеров является то, что климаксное сообщество не является первым, присутствующим на ландшафте после начала сукцессии: во-первых, промежуточные сообщества занимают пространство, иногда в течение многих лет, создавая идеальные условия для последующих сообществ.
Последовательность растений в дюнах Индианы
Дюны Индианы, расположенные в 40 милях к юго-востоку от Чикаго и сегодня являющиеся местом расположения как штата, так и национального парка, служили первоначальным полевым участком для исследования экологической сукцессии в растительных сообществах и продолжают служить идеальным примером для изучения. (Если вы посетите дюны, вы можете пройтись по Тропе преемственности дюн, которая освещает различные этапы преемственности в контексте реального мира.)
В 1890-х годах ботаник из Чикагского университета Генри Чендлер Коулз заметил, что на дюнах, которые были дальше от озера Мичиган, росли другие растения, чем на дюнах ближе к озеру. В дюнах на берегу озера росла только пляжная трава, тогда как в дюнах дальше от берега росли другие растения, такие как тополя, которые могли расти на песчаной почве. Еще дальше в дюнах росли сосны, а за ними, наконец, зрелые дубовые леса, совсем не похожие на травянистые дюны у озера.
Путем тщательных наблюдений и сравнений Коулз определил, что линейная последовательность этих сообществ в пространстве также представляет собой линейную прогрессию во времени. Дюны, расположенные дальше всего от озера, были самыми древними и оставались стабильными дольше всех, так как песок часто качается на ветру без растений, удерживающих его на месте.
Из этого он сделал вывод, что растительные сообщества на протяжении десятилетий и столетий стремились к дубовым лесам в северной Индиане и что каждое сообщество создавало почву и микроклиматические условия, необходимые для процветания следующего сообщества: по мере того как травы и тополя стабилизировали дюны и добавляли питательные вещества, они заменены более поздними последовательными общинами.
Как мы понимаем экологическую сукцессию сегодня?
Экологическая сукцессия является основополагающей концепцией экологии, которая как область изучает структуру и динамику биологических сообществ. Сегодня концепция экологической преемственности продолжает изучаться с новых точек зрения, поскольку люди изменяют глобальную окружающую среду больше, чем когда-либо прежде. По мере того, как к исходной теории добавлялись новые нюансы, появлялись идеи, ценные для людей, заинтересованных в управлении природными ресурсами.
Например, недавние исследования показывают, что даже в «климаксных» сообществах изменения доступных ресурсов могут с течением времени изменить баланс видового состава, даже без формального нарушения. В другой работе изучалось влияние утраты биоразнообразия, инвазивных видов, изменения климата и других антропогенных факторов на изменение реакции экосистем на изменения.
По мере того, как местные виды вымирают или становятся редкими, в экосистемы проникают новые виды, а базовые климатические условия меняются, сообщества, которые когда-то доминировали в экосистеме, с меньшей вероятностью в конечном итоге вернутся после нарушения. Однако изучение сукцессии может также дать ценную информацию экологам и специалистам по охране дикой природы, заинтересованным в восстановлении этих природных систем: благодаря тщательному управлению, такому как контролируемое сжигание или контроль инвазивных видов, люди могут помочь экологическим сообществам оставаться сильными.
Генри Чендлер Коулз, экологическая преемственность и Чикагский университет
Чикагский университет сыграл ключевую роль в новаторских научных исследованиях экологической преемственности и экологии как дисциплины в более широком смысле.После своей основной диссертационной работы в дюнах Индианы в качестве докторанта Калифорнийского университета в Чикаго Генри Чендлер Коулз стал профессором, оставаясь в Калифорнийском университете в Чикаго более трех десятилетий, до начала 1930-х годов. Он рассказывал поколениям студентов об экологии Северной Америки во время учебных полевых поездок по континенту от штата Мэн до Аляски, Калифорнии и Техаса.
Поездки и полевые работы Коулза задокументированы в специальной университетской коллекции американских экологических фотографий, на которых в большом разнообразии и деталях показаны Коулз, студенты и американские пейзажи столетней давности. Документы Коулза также хранятся в Исследовательском центре специальных коллекций Ханны Холборн Грей, и их можно найти здесь. Кроме того, ученик Коулза Виктор Эрнест Шелфорд сам по себе стал влиятельным экологом и одним из лидеров основания организации Nature Conservancy, крупной природоохранной некоммерческой организации.
В начале 20 века Чикагский университет также был домом для других известных экологов и морских биологов, в том числе Джорджа Дэймона Фуллера и Уордера Клайда Алли, одного из первых экспертов по социальным отношениям у животных и важной фигуры в развитии экологии.
Сегодня Чикагский университет остается лидером исследований в области экологии и эволюционной биологии. Экологическая полевая станция Университета Уоррена Вудса в округе Берриен, штат Мичиган, предлагает студентам, преподавателям и сотрудникам возможность изучать и наблюдать за динамикой экосистемы в ландшафте, который включает в себя как остатки (нетронутого) леса, восстановленные прерии, так и старые поля.
