Экология

78.Экология: определение, задачи, объект изучения. Разделы экологии. Важнейшие проблемы глобальной экологии. Основные загрязнители окружающей среды. Основные экологические понятия: экосистема, биогеоценоз, биом, биоценоз, биотоп.

Экология - Наука, изучающая взаимоотношения человека, животных, растений и микроорганизмов между собой и с окружающей средой.

Экология как наука должна решать следующие задачи:

1. Изучить законы и закономерности взаимодействия организмов со средой их обитания;

2. Изучить формирование, структуру и функционирование надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера).

3. Изучить законы и закономерности взаимодействия надорганизменных биологических систем (популяция, биоценоз (сообщество), биогеоценоз (экосистема), биом, биосфера) с окружающей средой.

4. определение границ и опасности тех. Влияний на состояние природы

5. прогнозирование будущего на основе изученных законов природы

6. сохранение генофонда, охрана природы

В настоящее время экология подразделяется на несколько дисциплин:

Общая экология (по уровням организации): аутэкология (организм и среда): экология растений,экология животных, экология микроорганизмов, популяционная экология, биогеоценология, глобальная (учение о биосфере)

Геоэкология: экология суши, экология пресных вод, экология моря, экология Крайнего Севера, экология высокогорий и др.

Прикладная экология (по сферам деятельности человека): сельскохозяйственная экология, лесохозяйственная экология, водохозяйственная экология, промышленная экология, охрана природы

Социальная экология : экология человека , "экология культуры" – ноосфера и др.

Важнейшие проблемы глобальной экологии

На сегодняшний день в мире существует много экологических проблем, начиная от исчезновения некоторых видов растений и животных, заканчивая угрозой вырождения человеческой расы

1.Загрязнение атмосферы

2. Парниковый эффект

3. Истощение озонного слоя

4. Кислотные дожди

5. Загрязнение воздуха

6. Массовое сведение лесов

7. Мусор и отходы

8. Загрязнение природных вод

Источники загрязнения биосферы принято разделять на природные и промышленные. Природные источники загрязнения вызваны естественными процессами (извержением вулканов, почвенной пылью и др.), такие источники, как правило, локализованы и не являются определяющими для биосферы в целом. Промышленные источники загрязнения биосферы могут оказывать длительное разрушительное действие. Эти источники разделяют на материальные (вещества), включающие механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические (физические).

Экосистема, или экологическая система — биологическая система, состоящая из сообщества живых организмов (биоценоз), среды их обитания (биотоп), системы связей, осуществляющей обмен веществом и энергией между ними.

Биом — совокупность экосистем одной природно-климатической зоны.

Биогеоценоз— система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии.

79.Экосистема: определение, классификация экосистем суши, воды. Структура экосистемы. Трофическая структура, компоненты экосистемы (неорганические вещества, органические вещества, среда, продуценты, консументы).

Эк Экосистема (биогеоценоз) – совокупность разных организмов и неживых компонентов среды, тесно связанны х между собой потоками вещества и энергии. Предметом исследования при экосистемном подходе в экологии становятся процессы трансформации вещества и энергии между биотопом и биоценозом, то есть возникающий биогеохимический круговорот веществ в экосистеме в целом.

Г

 

Экосистемам можно отнести биотические сообщества любого масштаба со средой их обитания (например, от лужи до мирового океана, от гнилого пня до обширного лесного массива тайги).

В связи с этим выделяют уровни экосистем

Уровни экосистем:

1. микроэкосистемы (трухлявый пень с насекомыми, микроорганизмами и грибами, обитающими в нём; цветочный горшок);

2. мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь и др.);

3. макроэкосистемы (континент, океан);

4. глобальная экосистема (биосфера Земли).

Экосистема – целостная система, в состав которой входят биотические компоненты и абиотические. Они взаимодействуют между собой. Все экосистемы являются открытыми системами и функционируют, потребляя солнечную энергию.

Абиотические компоненты включают неорганические вещества, которые включаются в круговороты, органические соединения, которые связывают биотическую и абиотическую часть: воздушную, водную, субстратную среду.

Биотические компоненты экосистемы имеют видовую, пространственную и трофическую структуру.

Пространственная структура экосистемы проявляется в ярусности: автотрофные процессы наиболее активно протекают в верхнем ярусе – «зеленом поясе», где доступен солнечный свет. Гетеротрофные процессы наиболее интенсивны для нижнего яруса. – «коричневого пояса». Здесь в почвах и осадках накапливаются органические вещества.

Трофическая структура экосистемы представлена продуцентами – производителями органического вещества и консументами – потребителями органического вещества, а также редуцентами – разрушающими органические соединения до неорганических. Экосистема может обеспечить круговорот вещества только в том случае, если включает необходимые для этого четыре составные части: запасы биогенных элементов, продуценты, консументы и редуценты. Продуценты – автотрофы, консументы – геторотрофы. Гетеротрофы делятся на фаготрофы (питаются другими организмами) и сапрофиты, деструкторы (бактерии и грибы, разлагающие мертвые ткани).

В любой экосистеме происходит взаимодействие автотрофных и гетеротрофных компонентов в процессе круговорота веществ. Вещество и энергия на каждом этапе трофической цепи теряется до 90%, только 10 % переходит к очередному потребителю (правило 10 процентов). Скорость создания органического вещества в экосистемах – биологическая продукция, зависит от энергии Солнца. Биологическая продукция экосистем – это скорость создания в них биомассы. Продукция растений первичная, животных – вторичная. В любом биоценозе продукция каждого трофического уровня меньше предыдущего в 10 раз. Биомасса растений больше биомассы травоядных, масса хищников в 10 раз меньше массы травоядных (правило пирамиды биологической продукции). В океанах одноклеточные водоросли делятся с большей скоростью и дают высокую продукцию. Но их общее количество меняется мало, потому что с меньшей скоростью их поедают фильтраторы. Водоросли еле успевают размножаться, чтобы выжить. Рыбы, головоногие моллюски, крупные ракообразные растут и размножаются медленнее, но еще медленнее поедаются врагами, поэтому их биомасса накапливается. Если взвесить все водоросли и всех животных океана, то последние перевесят. Пирамида биомасс в океане оказывается перевернутой. В наземных экосистемах скорость выедания растительного прироста ниже и пирамида биомасс напоминает пирамиду продукции. Наименее продуктивные экосистемы жарких и холодных пустынь и центральных частей океанов. Среднюю продукцию дают леса умеренного пояса, луга и степи. Самый высокий прирост растительной массы – в тропических лесах, на коралловых рифах в океане.

1. Взаимосвязи в экосистеме

Экологические взаимодействия популяций и отдельных организмов в экосистеме носят вещественно-энергетический и информационный характер. Прежде всего, это трофические (пищевые) взаимодействия, которые приобретают разные формы: травоядность – фитофагия; плотоядность – зоофагия, поедание одними животными других, включая и хищничество.

Популяции травоядных, хищных и всеядных животных являются потребителями органического вещества – консументами, которые могут быть первичными, вторичными, третичными. Растения – продуценты.

Одними из наиболее исследованных экологических связей являются между популяциями хищника и жертвы. Хищничество - это способ добывания пищи и питания животных. Значение хищников для популяции жертвы положительно, т.к. хищники в первую очередь истребляют больных и слабых особей. Это способствует сохранению видового разнообразия, т.к. регулирует численность популяций низких трофических уровней.

Симбиоз (мутуализм). Почти все виды деревьев сожительствуют с микрозными грибами. Грибной мицелий оплетает тонкие участки корней, проникает в межклеточное пространство. Масса тончайших грибных нитей выполняет функцию корневых волосков, насасывая питательный почвенный раствор.

Паразитизм– форма взаимоотношений двух организмов, при котором один из партнеров – паразит использует другого – хозяина в качестве среды обитания или источника пищи. Паразитизм известен у всех групп живых существ – от вирусов и бактерий до высших растений и многоклеточных животных.

Конкуренция – еще один вид взаимоотношений. Закономерности конкурентных отношений называются – принцип конкурентного исключения: два вида не могут устойчиво существовать в ограниченном пространстве, если рост численности лимитирован одним жизненно важным ресурсом.

Если совместно живущие виды связаны только через цепь других видов и не взаимодействуют, уживаясь в одном сообществе, то их отношения называют нейтральными. Синицы и мыши в одном лесу нейтральные виды.

протокооперация(содружество)

Комменсализм(один извлекает пользу)

Аменсализм (один вид угнетает рост другого)

1. Энергетические потоки в экосистеме

Природные экосистемы – это открытые системы: они должны получать и отдавать вещества и энергию.

Внутри экосистем происходит непрерывный круговорот вещества и энергии. Стадии этого круговорота обеспечиваются различными группами организмов, выполняющих различные функции:

1. Продуценты (от лат. producentis – производящий, создающий) организмы, образующие органические вещества из неорганических. В первую очередь, это растения, создающие в процессе фотосинтеза из воды и углекислого газа глюкозу, используя энергию солнца.

а) в океане и других водоёмах продуцентами являются микроскопические водоросли

фитопланктон, а также крупные водоросли.

б) на суше – это крупные высшие растения (деревья, кустарники, травы).

2. Консументы(от лат. consume – потребляю) – организмы, живущие за счёт органического вещества, созданного продуцентами. К консументам относят всех животных, поедающих растения и друг друга.

а) консументы I порядка – фитофаги (травоядные животные – копытные, грызуны, некоторые насекомые);

б)консументы II порядка – плотоядные животные (насекомоядные птицы и млекопитающие, амфибии, рыбы);

в)консументы III порядка – крупные хищники (хищные рыбы, птицы, млекопитающие).

3. Редуценты (от лат. reducentis – возвращающий, восстанавливающий) – организмы, получающие энергию путём разложения отмершей органики (детрита), при этом редуценты высвобождают неорганические элементы для питания продуцентов. К ним относят бактерии, грибы.

В результате взаимодействия этих групп организмов происходит круговорот вещества и энергии в экосистеме

80.Экологические факторы, их классификация. Ограничивающие, лимитирующие и второстепенные факторы. Понятие экологической валентности, три ее значения (min, max, opt). Схема действия экологического фактора (летальные зоны, зона комфорта, оптимума пессимума, нормы).

Экологи́ческие фа́кторы — свойства среды обитания, оказывающие какое-либо воздействие на организм. Индифферентные элементы среды, например, инертные газы, экологическими факторами не являются.

Экологические факторы отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Например, температура сильно варьирует на поверхности суши, но почти постоянна на дне океана или в глубине пещер.

Один и тот же фактор среды имеет разное значение в жизни совместно обитающих организмов. Например, солевой режим почвы играет первостепенную роль при минеральном питании растений, но безразличен для большинства наземных животных. Интенсивность освещения и спектральный состав света исключительно важны в жизни фототрофных организмов (большинство растений и фотосинтезирующие бактерии), а в жизни гетеротрофных организмов (грибы, животные, значительная часть микроорганизмов) свет не оказывает заметного влияния на жизнедеятельность.

Экологические факторы могут выступать как раздражители, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций; как ограничители, обусловливающие невозможность существования тех или иных организмов в данных условиях; как модификаторы, определяющие морфо-анатомические и физиологические изменения организмов.

Организмы испытывают воздействие не статичных неизменных факторов, а их режимов — последовательности изменений за определённое время.

Классификации экологических факторов

По характеру воздействия

Прямо действующие — непосредственно влияющие на организм, главным образом на обмен веществ

Косвенно действующие — влияющие опосредованно, через изменение прямо действующих факторов (рельеф, экспозиция, высота над уровнем моря и др.)

По происхождению

Абиотические — факторы неживой природы:

климатические: годовая сумма температур, среднегодовая температура, влажность, давление воздуха

эдафические (эдафогенные): механический состав почвы, воздухопроницаемость почвы, кислотность почвы, химический состав почвы

орографические: рельеф, высота над уровнем моря, крутизна и экспозиция склона

химические: газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность

физические: шум, магнитные поля, теплопроводность и теплоёмкость, радиоактивность, интенсивность солнечного излучения

Биотические — связанные с деятельностью живых организмов:

фитогенные — влияние растений

микогенные — влияние грибов

зоогенные — влияние животных

микробиогенные — влияние микроорганизмов

Антропогенные (антропические):

физические: использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации

химические: использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта

биологические: продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания

социальные — связанные с отношениями людей и жизнью в обществе

По расходованию

Ресурсы — элементы среды, которые организм потребляет, уменьшая их запас в среде (вода, CO2, O2, свет)

Условия — не расходуемые организмом элементы среды (температура, движение воздуха, кислотность почвы)

По направленности

Векторизованные — направленно изменяющиеся факторы: заболачивание, засоление почвы

Многолетние-циклические — с чередованием многолетних периодов усиления и ослабления фактора, например изменение климата в связи с 11-летним солнечным циклом

Осцилляторные (импульсные, флуктуационные) — колебания в обе стороны от некоего среднего значения (суточные колебания температуры воздуха, изменение среднемесячной суммы осадков в течение года)

Реакция организма на изменение экологических факторов

Организмам, особенно ведущим прикреплённый, как растения, или малоподвижный образ жизни, свойственна пластичность — способность существовать в более или менее широких диапазонах значений экологических факторов. Однако при различных значениях фактора организм ведёт себя неодинаково.

Соответственно выделяют такое его значение, при котором организм будет находиться в наиболее комфортном состоянии — быстро расти, размножаться, проявлять конкурентные способности. По мере увеличения или уменьшения значения фактора относительно наиболее благоприятного, организм начинает испытывать угнетение, что проявляется в ослаблении его жизненных функций и при экстремальных значениях фактора может привести к гибели.

Графически подобная реакция организма на изменение значений фактора изображается в виде кривой жизнедеятельности (экологической кривой), при анализе которой можно выделить некоторые точки и зоны:

Кардинальные точки:

точки минимума и максимума — крайние значения фактора, при которых возможна жизнедеятельность организма

точка оптимума — наиболее благоприятное значение фактора

Зоны:

зона оптимума — ограничивает диапазон наиболее благоприятных значений фактора

зоны пессимума (верхнего и нижнего) — диапазоны значений фактора, в которых организм испытывает сильное угнетение

зона жизнедеятельности — диапазон значений фактора, в котором он активно проявляет свои жизненные функции

зоны покоя (верхнего и нижнего) — крайне неблагоприятные значения фактора, при которых организм остаётся живым, но переходит в состояние покоя

зона жизни — диапазон значений фактора, в котором организм остаётся живым

За границами зоны жизни располагаются летальные значения фактора, при которых организм не способен существовать.

Изменения, происходящие с организмом в пределах диапазона пластичности, всегда являются фенотипическими, при этом в генотипе кодируется лишь мера возможных изменений — норма реакции, которая и определяет степень пластичности организма.

На основе индивидуальной кривой жизнедеятельности можно прогнозировать и видовую. Однако, так как вид представляет собой сложную надорганизменную систему, состоящую из множества популяций, расселённых по различным местообитаниям с неодинаковыми условиями среды, при оценке его экологии пользуются обобщёнными данными не по отдельным особям, а по целым популяциям. На градиенте фактора откладываются обобщённые классы его значений, представляющие определённые типы местообитаний, а в качестве экологических реакций чаще всего рассматриваются обилие или частота встречаемости вида. При этом следует говорить уже не о кривой жизнедеятельности, а о кривой распределения обилий или частот.

Экологическая валентность, степень приспособляемости живого организма к изменениям условий среды. Экологическая валентность представляет собой видовое свойство. Количественно она выражается диапазоном изменений среды, в пределах которого данный вид сохраняет нормальную жизнедеятельность. Экологическая валентность может рассматриваться как в отношении реакции вида на отдельные факторы среды, так и в отношении комплекса факторов. В первом случае виды, переносящие широкие изменения силы воздействующего фактора, обозначаются термином, состоящим из названия данного фактора с приставкой «эври» (эвритермные — по отношению к влиянию температуры, эвригалинные — к солёности, эврибатные — к глубине и т.п.); виды, приспособленные лишь к небольшим изменениям данного фактора, обозначаются аналогичным термином с приставкой «стено» (стенотермные, стеногалинные и т.п.). Виды, обладающие широкой Экологическая валентность по отношению к комплексу факторов, называются эврибионтами в противоположность стенобионтам, обладающим малой приспособляемостью. Поскольку эврибионтность даёт возможность заселения разнообразных мест обитания, а стенобионтность резко суживает круг пригодных для вида стаций, эти две группы часто называют соответственно эври- или стенотопными.