Жаңа ортадағы экожүйенің біртіндеп дамуы: біріншілік және екіншілік сукцессия, пионерлық түрлер, топырақ қалыптасуы. Экологиялық өзгерістер туралы біліңіз!
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Жаңа субстраттағы экожүйенің біртіндеп өсуі және өзгеруі.
Gradual growth and change of an ecosystem on new substrate
Біріншілік іздік процесі – бұл өсімдіктер мен басқа да тірі организмдердің жоқтығымен сипатталатын ортада, ауқымды бұзылыстан кейін басталатын экологиялық іздік процестің алғашқы қадамы. Мұндай орталарда әдетте топырақ жетіспейді, себебі лава ағыны немесе мұздықтардың шегінуі сияқты бұзылыстар ортаны толыққанды қоректік заттардан тазартады. Ал екіншілік іздік процесі бұрыннан өсімдіктер өскен, бірақ экологиялық бұзылысқа ұшыраған субстраттарда жүзеге асады. Бұл су тасқыны, дауыл, торнадо және өрт сияқты аз ауқымды бұзылыстар жергілікті өсімдіктерді ғана жойып, топырақтағы қоректік заттарды аралық қауымдастық түрлерінің тез орналасуына мүмкіндік берген кезде болады.
Primary succession is the beginning step of ecological succession after an extreme disturbance, which usually occurs in an environment devoid of vegetation and other organisms. These environments are typically lacking in soil, as disturbances like lava flow or retreating glaciers scour the environment clear of nutrients. In contrast, secondary succession occurs on substrates that previously supported vegetation before an ecological disturbance. This occurs when smaller disturbances like floods, hurricanes, tornadoes, and fires destroy only the local plant life and leave soil nutrients for immediate establishment by intermediate community species.
Пайда болуы
Бастапқы кезекшілікте лишайниктер, балдырлар мен саңырауқұлақтар сияқты ізашарлар, сондай-ақ жел мен су сияқты абиотикалық факторлар тіршілік ортасын «нормалдастыруға» немесе басқаша айтқанда, топырақ пен басқа да маңызды механизмдерді дамытуға бастайды. Бастапқы кезек таулар мен жанартаулар сияқты тау жыныстарынан басталады немесе организмдер мен топырақ жоқ жерлерде басталады. Бастапқы кезекшілік тамырлы өсімдіктердің өсуіне қолайлы жағдайларға әкеледі; педогенез немесе топырақ түзілуі және көлеңке мөлшерінің артуы ең маңызды процестер болып табылады. Бұл пионерлік лишайниктер, балдырлар мен саңырауқұлақтар басым болады және көбінесе олардан гөрі кем қиын жағдайларға бейімделген өсімдіктермен алмастырылады. Бұл өсімдіктерге шөптер сияқты тамырлы өсімдіктер және кейбір бұталар кіреді, олар жиі минералдық негіздегі жұқа топырақта өмір сүре алады. Су мен қоректік заттардың мөлшері кезекшілікпен бірге артады. Бастапқы кезекшіліктің алғашқы кезеңдерінде ұзақ қашықтыққа таралуы мүмкін шағын таралымдары (тұқымдар мен споралары) бар түрлер басым. Алғашқы отарлаушылар – көбінесе балдырлар, саңырауқұлақтар мен лишайниктер – субстратты тұрақтандырады. Жаңа топырақта азот қоры шектеулі, ал азотты бекітетін түрлер бастапқы кезекшіліктің басында маңызды рөл атқарады. Бастапқы кезекшіліктен айырмашылығы, екінші кезекте басым түрлер, әдетте, процесс басталғаннан бастап, көбінесе топырақ тұқым қорында болады. Кейбір жүйелерде кезекшілік жолдары тұрақты, сондықтан болжау оңай. Басқаларында көптеген мүмкін жолдар бар. Мысалы, азотты бекітетін бұршақтар кезекшілік траекториясын өзгертеді. Лишайниктер немесе саңырауқұлақтар споралары, пионерлік түрлер болып, тасты жерге таралады. Содан кейін тау жыныстары кішігірім бөлшектерге бөлінеді. Органикалық заттар біртіндеп жинақталып, шөптесін өсімдіктердің, мысалы шөп, папоротниктер мен шөптердің өсуіне жағдай жасайды. Бұл өсімдіктер өлгенде көбірек органикалық заттарды пайда етеді және жәндіктер мен басқа да кішкентай жануарларға мекендеу ортасын қамтамасыз етеді, осылайша тіршілік ортасын одан әрі жақсартады. Бұл бұталар немесе ағаштар сияқты үлкен тамырлы өсімдіктердің пайда болуына әкеледі. Осылайша, бұл аймаққа көптеген жануарлар тартылады және олардың саны артады, нәтижесінде толыққанды қоғам құрылады. Түрлердің әртүрлілігі де кезекшілік кезеңдеріне үлкен әсер етеді, ал кезекшілік одан әрі дамыған сайын, түрлердің әртүрлілігі де онымен бірге өзгереді. Мысалы, кезекшіліктің өте ерте кезеңдерінде микроорганизмдердің байлығы мен біркелкілігі айтарлықтай аз, бірақ кезекшіліктің соңғы кезеңіндегі бактериялар әлдеқайда біркелкі және бай. Бұл тағы да келесі кезеңдерде ресурстар көп болған сайын, көптеген әртүрлі өсімдік стратегиялары бар әртүрлі экожүйені қолдау үшін жеткілікті болады деген гипотезаны қолдайды. 2000 жылғы зерттеу нәтижесіне сәйкес, өсімдік түрлерінің құрамы кейінгі кезекшілік түрлері үшін өсімдіктердің жоғары әртүрлілігі ертеде ғана маңызды екенін көрсетеді.
In primary succession pioneer species like lichen, algae and fungi as well as abiotic factors like wind and water start to "normalise" the habitat or in other words start to develop soil and other important mechanisms for greater diversity to flourish. Primary succession begins on rock formations, such as volcanoes or mountains, or in a place with no organisms or soil. Primary succession leads to conditions nearer optimum for vascular plant growth; pedogenesis or the formation of soil, and the increased amount of shade are the most important processes. These pioneer lichen, algae, and fungi are then dominated and often replaced by plants that are better adapted to less harsh conditions, these plants include vascular plants like grasses and some shrubs that are able to live in thin soils that are often mineral based. Water and nutrient levels increase with the amount of succession exhibited. The early stages of primary succession are dominated by species with small propagules (seed and spores) which can be dispersed long distances. The early colonizers—often algae, fungi, and lichens—stabilize the substrate. Nitrogen supplies are limited in new soils, and nitrogen fixing species tend to play an important role early in primary succession. Unlike in primary succession, the species that dominate secondary succession, are usually present from the start of the process, often in the soil seed bank. In some systems the successional pathways are fairly consistent, and thus, are easy to predict. In others, there are many possible pathways. For example, nitrogen fixing legumes alter successional trajectories. Spores of lichen or fungus, being the pioneer species, are spread onto a land of rocks. Then, the rocks are broken down into smaller particles. Organic matter gradually accumulates, favoring the growth of herbaceous plants like grass, ferns and herbs. These plants further improve the habitat by creating more organic matter when they die, and providing habitats for insects and other small animals. This leads to the occurrence of larger vascular plants like shrubs, or trees. More animals are then attracted to the area and a climax community is reached. Species diversity is also a large influence on the stages of succession, and as succession progresses further, species diversity changes with it. For example, there is far less richness and evenness of microorganisms in the very early stages of succession, but late successional stage bacteria are far more even and rich. This again supports the hypothesis that as more resources are present in later stages of succession, there is enough to support a more diverse ecosystem with many different reproductive strategies. A 2000 case study suggests that plant species composition is more important to later successional species than simply having high plant diversity early on.
Жанартаулық
Бастапқы кезекшіліктің бір мысалы жанартау атқаннан кейін орын алады. Лава мұхитқа құйылып, жаңа жерге қатып қалады. Нәтижесінде пайда болған шөлейт жерді алдымен балдырлар сияқты пионер организмдер мекендейді, олар кейінірек, қатты ағаштар сияқты, төзімсіз өсімдіктерге жол ашады, педогенезді жеңілдетеді, әсіресе ауа райының биотикалық үдеуі және жер бетіндегі реголитке органикалық қалдықтардың қосылуы арқылы. Бұған мысал ретінде 1963 жылы теңіз астынан жанартау атқаннан кейін пайда болған Суртси аралын келтіруге болады. Суртси Исландияның оңтүстік жағалауында орналасқан және бастапқы кезекшіліктің қалыпқа келуін бақылау үшін зерттеледі. 2008 жылға қарай өсімдіктердің отызға жуық түрі орнықты және жылына шамамен 2-5 жаңа түрдің қалыпты қарқынымен түрлер келіп түсуін жалғастыруда. Сент-Хеленс тауында да жанартау атты, аймақтың экожүйесінің жойылғаннан кейін бастапқы кезекшілік басталды. Сент-Хеленс тауының бастапқы кезекшілігінде аймақ күшті оқшауланған. Мұндай жағдай бастапқы кезекшіліктің қарқынын төмендетіп, жақсы орналасатын көптеген түрлердің жаңа жерге тиімді таралу қабілеті болмайды. Керісінше, жақсы орналаса алмайтын түрлер жоғары таралу деңгейінде де тірі қала алмайды. Аймақта пайдалануға органикалық материалдар өте аз, бұл әсіресе Сент-Хеленс тауында маңызды болды, өйткені оның оқшауланған орналасуы жойылған жердің шетінде кезекшіліктің жүзеге асуына кедері келтірді. Бастапқыда тиімді алысқа таратушылар сирек кездеседі, себебі олар тек алғашқы отарлаушы аймақты қолайлы жағдайға өзгертуге көмектескеннен кейін ғана тиімді болады. Сондықтан Сент-Хеленс тауының айналасындағы жойылған аймақта бастапқы кезекшілік баяу болды.
One example of primary succession takes place after a volcano has erupted. The lava flows into the ocean and hardens into new land. The resulting barren land is first colonized by pioneer organisms, like algae, which pave the way for later, less hardy plants, such as hardwood trees, by facilitating pedogenesis, especially through the biotic acceleration of weathering and the addition of organic debris to the surface regolith. An example of this is the island of Surtsey, which is an island formed in 1963 after a volcanic eruption from beneath the sea. Surtsey is off the south coast of Iceland and is being monitored to observe primary succession in progress. About thirty species of plant had become established by 2008 and more species continue to arrive, at a typical rate of roughly 2–5 new species per year. A volcanic eruption occurred on Mount St. Helens as well, with primary succession beginning after the destruction of the region's ecosystem. In Mount St. Helens' primary succession, the region was heavily isolated. This type of incident causes the rate of primary succession to be rather low, as many species that excel in establishment lack the ability to effectively disperse into the new frontier. The opposite is true as well, as species that were not very good at establishing could not survive, even with high dispersal rates. The region has almost no organic materials to utilize, which was especially significant at Mount St. Helens, as its isolated location prevented succession to occur at the periphery of the destruction site. Initially effective long distance colonizers are rare, as they are only truly effective after an initial colonizer has helped to change the region into more suitable conditions. This is why primary succession was slow in the destroyed region around Mount St. Helens.
Мұздықтар кетеді
Тағы бір мысал Антарктиданың Оңтүстік Оркни аралдарындағы Сигни аралында мұздықтардың шегінуіне байланысты болып жатыр. Мұздықтардың шегінуі жылынатын климаттың салдарынан жиі кездесетін құбылысқа айналып келеді, ал лишайниктер мен мүктер алғашқы қоныстанушылар болып табылады. Фаверо Лонго және авторлар тобы жүргізген зерттеу лишайник түрлерінің әртүрлілігінің бұрынғы құрлықтың қоршаған орта жағдайларына және лишайниктердің көбею жолдарына байланысты екенін көрсетті.
Another example is taking place on Signy Island in the South Orkney Islands of Antarctica, due to glacier retreat. Glacier retreat is becoming more normal with the warming climate, and lichens and mosses are the first colonizers. The study, conducted by Favero Longo et al. found that lichen species diversity varies based on the environmental conditions of the previously existing earth that is first exposed, and the lichens' reproductive patterns.
Мұрагерліктің ерекшеліктері
Онтарио штатының Гранд-Бенд қаласындағы бір жағдайды талдау арқылы біріншілік және екіншілік мұрагерлік арасындағы айырмашылықты толық түсінуге болады. Екі түр – Juniperus virginiana және Quercus prinoides – Гранд-Бенд жағалауындағы құмды төбелерде біріншілік мұрагерлікке тән шөптерді жылдам көбейтіп, таратуда. Олар жоғары өлім-жітімділікке, жылдам көбеюге және қатал, қоректік заттарға кедей жағдайларда тірі қалуға бейімделген r-таңдалған түрлер ретінде жіктеледі. Керісінше, біріншілік мұрагерлік аяқталғаннан кейін экологиялық даму көбінесе төмен өлім-жітімділікке және баяу көбеюге ие k-таңдалған популяцияға алып келеді. Гранд-Бендте бұл емен-қайың ормандарының қалыптасуы және r-таңдалған шөптердің жалғасуда азаюы арқылы көрінеді. Уақыт шкаласы да маңызды, себебі емен-қайың ормандарының екіншілік мұрагерлігі біріншілік мұрагерліктің бастапқы кезеңдерінен шамамен 2900 жыл өткен соң жүзеге асады, ал шөптесін өсімдіктер басым құрайтын құмды төбелердің аяқталуы біріншілік мұрагерліктің басталуынан шамамен 1600 жыл өткен соң болады. Қалғандары жаңа түрлермен алмастырылды, себебі осы сияқты r-таңдалған түрлердің өлім-жітімділігі өте жоғары. Бұл өте маңызды құбылыс, өйткені аймақтың тарихы бойында популяция саны тұрақты болғанымен, қазіргі r-таңдалған организмдердің көп бөлігі жаңа түрлер болуы мүмкін. Бұл экологиялық мұрагерлік масштабында болжау қиын факторлардың бірі.
By analyzing a case study in Grand Bend, Ontario, a full understanding of the distinction between primary and secondary succession can be accomplished. The two species, Juniperus virginiana and Quercus prinoides, are quickly reproducing and spreading grasses that are associated with primary succession in the dunes of Grand Bend's beaches. They are classified as r selected species, with high mortality, quick reproduction, and a distinct ability to survive in harsh and nutrient low conditions. In contrast, ecological development after primary succession completes often leads to a more heavily k selected population, which has lower mortality and slower reproduction rates. In the Grand Bend, this is shown through the succession of oak pine forests, and the continued reduction of r selected grasses. The timescale is also relevant, as the secondary succession of oak pine forests occurs approximately 2,900 years after the initial cases of primary succession, while the end of solely grassland dominated dunes occurs around 1,600 years after the beginning of primary succession. The rest were replaced by new colonizers, as the mortality rates for r selected species like these are extremely high. This is a very important phenomenon to observe, as even though population sizes may remain consistent throughout the history of a region, it is highly likely that many of the r selected organisms present are entirely new organisms. This is one of many factors that are highly unpredictable in the scale of ecological succession.