Термодинамические процессы в живой материи

УТВЕРЖДАЮ

Проректор

по учебной и методической работе

университета

________________ И.И. Егорова

«____» ______________20____г.

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Практикум для занятий семинарского типа

по направлению подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование»

Составитель Н.С.Иванов

Санкт-Петербург

Оборот титульного листа

Общая Экология: Практикум для занятий семинарского типа по направлению подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование» /сост.:Н.С.Иванов - Санкт-Петербургский государственный экономический университет, 2016.- 59 с.

Практикум рассмотрен на заседании кафедры

региональной экономики и природопользования

Рецензент

д.э.н., проф. ___________________

ФИО

Одобрено научно-методическим советом

гуманитарного факультета

©СПбГЭУ, 2016

Страница с выпускными данными

Учебно-методическое издание

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Практикум для занятий семинарского типа

по направлению подготовки 05.03.06 «Экология и природопользование»

Составитель

Иванов Николай Семенович

Размещено в электронной библиотеке Санкт-Петербургского государственного экономического университета в авторской редакции с оригинал-макета, представленного составителем

ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ

Цель дисциплины – сформировать у обучающихся базовые представления об основных теоретических и прикладных направлениях экологии.

Основные задачи дисциплины:

Сформировать у обучающихся эколого-системный подход при составлении характеристик антропогенных и природных объектов;

Дать знания о функционировании живой природы и экосистем в целом, также о закономерностях взаимоотношения природы и общества.

Планируемые результаты обучения:

ПК-4 - обладать базовыми общепрофессиональными (общеэкологическими) представлениями о теоретических основах общей экологии, геоэкологии, экологии человека, социальной экологии, охраны окружающей среды.

Таблица 1 ‑ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЗАНЯТИЙ СЕМИНАРСКОГО ТИПА

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ПРОВЕДЕНИЮ ЗАНЯТИЙ СЕМИНАРСКОГО ТИПА

Занятие 1

Тема: Экологические категории организмов. (4 часа)

Цель: Дать представление об экологических категориях организмов. Поскольку внешняя среда служит для организма источ­ником энергии и материала для построения собственного тела, а отходы метаболизма, уже не пригодные для использования, выводятся обратно в среду обитания, то любой организм или группа одинаковых организмов в процессе жизнедеятельности будут неизбежно изменять внешнюю среду, истощая ее ресур­сы и перегружая отходами. В силу этого постоянство состава среды возможно лишь при наличии большого разнообразия организмов, населяющих общую территорию. Физиологическая разнокачественность организмов, т. е. способность использовать для своей жизнедеятельности раз­личные источники энергии и химические субстраты, является необходимым условием жизни на Земле. Остановимся на самых общих особенностях обмена веществ и пищевой специализации основных категорий организмов, каждая из которых в свою очередь состоит из множества раз­нообразных групп, взаимно дополняющих друг друга так, что их совместная жизнедеятельность обеспечивает последова­тельное использование выделяемых в среду продуктов метабо­лизма и поддержание постоянства состава и свойств среды.

Различают три основных пути адаптации к неблагоприятным условиям среды:

· активный - активная перестройка функций организма (например, возникновение теплокровности, а по-научному - гомойотермности);

· пассивный - пассивное подчинение функций организма изменениям внешней среды (например, холоднокровные, или пойкилотермные, животные);

· избегание - избегание неблагоприятных условий (таксисы у растений, миграция у животных, выработка циклов развития у животных и растений).

В общем виде набор взаимодополняющих категорий представлен продуцентами, консументами и редуцентами. Продуценты-организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических с использованием внешних Источников энергии. Так как продуценты сами производят органическое вещество, их называют автотрофами - самопитающимися, в отличие от всех остальных организмов, которые называют гетеротрофами — питаемыми другими. В соответствии с источниками энергии, используемыми для синтеза органического вещества, автотрофы подразделяются на фототрофов (использующих энергию Солнца) и хемотрофов (использующих энергию химических связей, высвобождающуюся в процессе окисления минеральных ве­ществ). Основную массу фототрофов составляют зеленые растения, клетках которых содержится хлорофилл и происходит процесс фотосинтеза. К этой категории также относятся цианобактерии и некоторые другие бактерии, проводящие фотосинтез не в хлорофилле, а в иных специализированных пигментах. К хемотрофам относятся только бактерии, окисляющие различные минеральные вещества (нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии и др.). В природных сообществах продуценты играют важную роль: усваивая энергию Солнца или химических реакций и создавая органическое вещество, они как бы образуют запасы энергии, которая затем в виде пищи передается другим орга­низмам.

Консументы (от лат. konsumo — потребляю) — организмы, не способные строить свои организмы из неорганических веществ и нуждающиеся в готовой органической пище. Это органическое вещество создается автотрофами. Пища используется консументами и как источник энергии, и как материал для построения их тела. К консументам относятся все животные от мельчайших примитивных до самых совершенных, включая чело­века. Есть консументы и среди растений: это паразитирующие на других растениях. Существуют также растения со смешан­ным типом питания, например, росянки. Среди консументов животных выделяют растительнояд­ных животных (консументы первого порядка), мелких и круп­ных хищников (консументов второго, третьего порядка и др.). Роль консументов животных в сообществах определяется их подвижностью и относительно быстрой адаптацией, что способствует распространению жизни на планете. Кроме того, животные активно регулируют биомассу и рост растений. Консументы также подразделяют на сапрофагов(питающихся мертвыми растительными остатками), фитофагов(по­требителей живых растений), зоофагов(нуждающихся в жи­вой пище) и некрофагов (трупоядных животных). Кроме того, организмы, питающиеся мертвыми остатками растений и животных — детритом, дополнительно выделяют в группу детритофагов.

Редуценты — организмы, использующие в качестве пищи органическое вещество и подвер­гающие его минерализации. Поэтому данная категория организ­мов также называется деструкторами, ибо они окончательно разрушают органические вещества до относительно простых неорганических соединений, используемых консументами в качестве пищи. Тем самым осуществляется возврат вещества в начало природной цепи питания. К редуцентам относятся многие виды бактерий и грибов, разлагающих в процессе метаболизма мертвое органическое вещество (трупы животных, гниющие растения, фекалии) до минеральных составляющих. Именно они (редуценты) завершают биологические циклы вещества в биосфере, возвращая в почву, воду и воздух биогены (СО2), минеральные соли, воду, сероводород, азот и др.), которые вновь могут быть использованы растениями. Таким образом поддерживается непрерывное течение жизни при ограниченном количестве, но многократном использовании биогенных элементов.

По экологической классификации можно разделять отдельные группы организмов по их отношению к свету, влажности, температуре

По отношению к свету выделяют следующие экологические группы растений:

гелиофиты (светолюбивые);

сциофиты (тенелюбивые);

теневыносливые (факультативные гелиофиты).

По отношению к теплу выделяют следующие экологические группы:

Эвритермные и стенотермные организмы .)

Термофилы и криофилы (теплолюбивые и холодолюбивые)

В основу экологической классификации могут быть положены места обитания. Например, водные организмы — гидробионты подразделяются на бентосные (от греч. benthos — глубина) — живущие на дне водоема (губки, актинии, придонные рыбы), планктонные (от греч. planktos — блуждающий) — обитающие в толще воды и пассивно переносимые водными течениями (одноклеточные водоросли, медузы, крылоногие моллюски, икра, мальки рыб) и нектонные (от греч. nektos — плавающий) — активно плавающие (рыбы, дельфины, головоногие моллюски).. Например, по отношению растений к влажности их подразделяют на гигрофитов, мезофитов и ксерофитов, а по отношению к богатству почв (плодородию) выделяют растения олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные.

В конце прошлого века А. Шимпер и Е. Варминг предложили различать три экологические группы растений по их отношению к водному режиму: гигрофиты, мезофиты и ксерофиты. Каждой нз этих групп свойственна та или иная степень выраженности морфологических признаков, типичных для растений сухих местообитаний, о которых мы уже говорили. Поэтому можно говорить о гигроморфном, мезоморфном и ксероморфном строении растений этих групп.

По отношению к водному режиму среди наземных растений выделяются:

Гигрофиты– обитающие на влажных местах (тропические растения, росянка, злаки, осоки).

Мезофиты – растения умеренно увлажненных местообитаний (многие лесные травы, лиственные деревья, большинство сельскохозяйственных культур).

Ксерофиты – растения сухих местообитаний, способные хорошо переносить засухи. Разделяются насуккулентов (способных накапливать в тканях большое количество воды – кактусы, алоэ, очиток молодило) и склерофитов (сухие, жесткие кустарники или травы – саксаул, верблюжья колючка, ковыли).

Среди наземных животных по отношению к водному режиму можно также выделить три экологические группы:

Гигрофилы – влаголюбивые, нуждаются в высокой влажности (мокрицы, комары, наземные моллюски, амфибии).

Ксерофилы– сухолюбивые животные, не переносящие высокой влажности (верблюды, пустынные пресмыкающиеся).

Мезофилы – животные, предпочитающие умеренную влажность (многие птицы, млекопитающие).

Почвенные животные могут быть сгруппированы по степени связи со средой обитания в три основные экологические группы.

Геобионты – постоянные обитатели почвы. Весь цикл их развития протекает в почвенной среде. Это такие, как дождевые черви, многие первичнобескрылые насекомые.

Геофилы – животные, часть цикла развития которых (чаще одна из фаз) обязательно проходит в почве. К этой группе принадлежит большинство насекомых: саранчовые, ряд жуков, комары-долгоножки. Их личинки развиваются в почве. Во взрослом же состоянии это типичные наземные обитатели. К геофилам принадлежат и насекомые, которые в почве находятся в фазе куколки.

Геоксены – животные, иногда посещающие почву для временного укрытия или убежища. К геоксенам из насекомых относятся таракановые, многие полужесткокрылые, некоторые развивающиеся вне почвы жуки. Сюда же относятся грызуны и другие млекопитающие, живущие в норах.

Выводы: Экологическая классификация, в отличие от систематической, в которой есть главный критерий — филогенетическая близость организмов, не имеет такого единого признака. В ее основу положены самые разнообразные критерии, к примеру, способы питания, передвижения, места обитания, отношения к отдельному фактору (температуре, влажности) и другие. По экологической классификации можно разделять отдельные группы организмов по их отношению к свету, влажности, температуре. К примеру, по отношению растений к влажности их подразделяют на гигрофитов, мезофитов и ксе­рофитов, а по отношению к богатству почв (плодородию) выделяют растения олиготрофные, мезотрофные и эвтрофные. Экологические классификации помогают выявлять возможные в природе пути приспособления организмов к среде.

Вопросы для подготовки к занятию:

1. Что такое экологические факторы? Как их классифицируют?

2. Каковы основные закономерности действия экологических факторов?

3. Что такое лимитирующий фактор?

4. Охарактеризуйте свет как экологический фактор.

5. Охарактеризуйте температуру как экологический фактор.

6. Охарактеризуйте воду как экологический фактор

7. Какие принципы экологической классификации организмов Вы знаете?

8. Какое влияние оказывает температура на различные виды организмов?

9. Каким способом животные и растения получают необходимую им воду?

10. Какое влияние оказывает на организмы освещённость?

11. Что такое условия среды?

Занятие №2 .

Тема: Абиотические и биотические факторы. Адаптация. Отбор (4 часа)

Цель: Дать основные понятия об абиотических и биотических факторах и адаптации Абиотические факторы — факторы неживой природы, физические и химические по своему характеру. К их числу относятся: свет, температура, влажность, давление, соленость (особенно в водной среде), минеральный состав (в почве, в грунте водоемов), движения воздушных масс (ветер), движения водных масс (течения) и т. д. Сочетание различных абиотических факторов определяет распространение видов организмов по разным областям земного шара. Всем известно, что тот или иной биологический вид встречается не повсеместно, а в районах, где имеются необходимые для его существования условия. Именно этим, в частности, объясняется географическая приуроченность различных видов на поверхности нашей планеты.

Следует отметить, что существует немало видов-космополитов, т. е. обитающих повсюду. Например, двустворчатый моллюск мидия живет в морях и океанах обоих полушарий от полярных областей до экватора. Много видов-космополитов встречается среди паразитов. Например, такие паразиты человека, как дизентерийная амеба, детская острица, аскарида, вши, распространены повсеместно.

Как уже отмечалось выше, существование определенного вида зависит от сочетания множества различных абиотических факторов. Причем для каждого вида значение отдельных факторов, а также их комбинации весьма специфично.

Важнейшим для всех живых организмов является свет. Во-первых, потому, что это практически единственный источник энергии для всего живого. Автотрофные (фотосинтезирующие) организмы — цианобактерии, растения, преобразуя энергию солнечного света в энергию химических связей (в процессе синтеза органических веществ из минеральных), обеспечивают свое существование. Но кроме того, органические вещества, ими созданные, служат (в виде пищи) источником энергии для всех гетеротрофов. Во-вторых, свет играет важную роль как фактор, регулирующий образ жизни, поведение, физиологические процессы, происходящие в организмах. Вспомним такой хорошо известный пример, как осеннее сбрасывание листвы у деревьев. Постепенное сокращение светового дня запускает сложный процесс физиологической перестройки растений в преддверии долгого зимнего периода.

Изменения светового дня в течение года имеют огромное значение и для животных умеренного пояса. Сезонностью обусловлены размножение многих их видов, смена оперения и мехового покрова, рогов у копытных, метаморфоз у насекомых, миграции рыб, птиц.

Не менее важным абиотическим фактором, чем свет, является температура. Большинство живых существ может жить лишь в диапазоне от –50 до +50 °С. И главным образом в местах обитания организмов на Земле отмечаются температуры, не выходящие за эти пределы. Однако есть виды, которые приспособились к существованию при очень высоких или низких значениях температуры. Так, некоторые бактерии, круглые черви могут обитать в горячих источниках с температурой до +85 °С. В условиях Арктики и Антарктиды встречаются разные виды теплокровных животных — белые медведи, пингвины.

Температура как абиотический фактор способна существенно влиять на темпы развития, физиологическую активность живых организмов, поскольку подвержена суточным и сезонным колебаниям.

Другие абиотические факторы не менее важны, но в разной степени для разных групп живых организмов. Так, для всех наземных видов существенную роль играет влажность, а для водных — соленость. На фауну и флору островов в океанах и морях значительное влияние оказывает ветер. Для обитателей почвы важна ее структура, т. е. размер частиц грунта.

Биотические факторы (факторы живой природы) представляют собой разнообразные формы взаимодействий организмов как одного, так и разных видов.

Взаимоотношения организмов одного вида чаще имеют характер конкуренции, причем достаточно острой. Это обусловлено их одинаковыми потребностями — в пище, территориально пространстве, в свете (для растений), в местах гнездования (для птиц) и т. д.Нередко во взаимоотношениях особей одного вида встречается и кооперация. Стайный, стадный образ жизни многих животных (копытных, котиков, обезьян) позволяет им успешно защищаться от хищников, обеспечить выживание детенышей. Любопытный пример представляют волки. У них в течение года наблюдается смена конкурентных отношений на кооперативные. В весенне-летний период волки живут парами (самец и самка), выращивают потомство. При этом каждая пара занимает определенную охотничью территорию, обеспечивающую их пропитание. Между парами идет жесткая территориальная конкуренция. В зимний же период волки собираются в стаи и совместно охотятся, причем в волчьей стае складывается довольно сложная «социальная» структура. Переход от конкуренции к кооперации обусловлен здесь тем, что в летний период добычи (мелких животных) много, а зимой доступны лишь крупные животные (лоси, олени, кабаны). С ними волку в одиночку не справиться, вот и образуется стая для успешной совместной охоты. Взаимоотношения организмов разных видов весьма разнообразны. У тех, которые имеют сходные потребности (в пище, местах гнездования), наблюдается конкуренция. Например, между серой и черной крысами, рыжим тараканом и черным. Не очень часто, но между разными видами складывается кооперация, как на птичьем базаре. Многочисленные птицы мелких видов первыми замечают опасность, приближение хищника. Они поднимают тревогу, а крупные, сильные виды (например, серебристые чайки) активно нападают на хищника (песца) и прогоняют его, защищая и свои гнезда, и гнезда мелких птах.

Широко распространено во взаимоотношениях видов хищничество. При этом жертву хищник убивает и целиком съедает. К такому способу близко примыкает и растительноядность: здесь также особи одного вида поедают представителей другого (иногда, правда, не целиком съедая растение, а лишь частично).

Очень часто во взаимоотношениях разных видов встречаются симбиотические связи. Под симбиозом понимают совместное существование двух видов организмов. Один вид (симбионт) существует благодаря «эксплуатации» другого (хозяина). Различают три основные формы симбиоза: комменсализм, мутуализм и паразитизм.

При комменсализме симбионт извлекает пользу из сожительства, а хозяину не причиняется вреда, но он и не получает никакой пользы. Например, рыба-лоцман (комменсал), живя возле крупной акулы (хозяин), имеет надежного защитника, да и «со стола» хозяина ей перепадает пища. Акула же попросту не замечает своего «нахлебника». Широко наблюдается комменсализм у животных, ведущих прикрепленный образ жизни, — губок, кишечнополостных

Мутуалистические взаимоотношения характеризуются обоюдной выгодой как для мутуалиста, так и для хозяина. Широко известные примеры тому — кишечные бактерии у человека («поставляющие» своему хозяину необходимые витамины); клубеньковые бактерии - фиксаторы азота, - живущие в корнях растений, и т. д.

Паразитизм характеризуется антагонистическими отношениями. Паразит, питаясь за счет хозяина (его тканей, крови, питательных веществ), причиняет ему вред, а хозяин стремится уничтожить или удалить паразита либо подавить его активность и жизнеспособность. Паразит, в свою очередь, противодействует защитным реакциям хозяина.

Наконец, два вида, существующие на одной территории («соседи»), могут никак не взаимодействовать друг с другом. В этом случае говорят о нейтрализме, отсутствии каких-либо взаимоотношений видов.

Антропогенные факторы - факторы (воздействующие на живые организмы и экологические системы), возникающие в результате деятельности человека.

Адаптация (лат. adapto, приспособляю) — процесс приспособления - это динамический процесс, благодаря которому подвижные системы живых организмов, несмотря на изменчивость условий, поддерживают устойчивость, необходимую для существования, развития и продолжения рода. Именно механизм адаптации, выработанный в результате длительной эволюции, обеспечивает возможность существования организма в постоянно меняющихся условиях среды.

Биологическая адаптация — процесс приспособления организма к внешним условиям в процессе эволюции, включая морфофизиологическую и поведенческую составляющие. Адаптация может обеспечивать выживаемость в условиях конкретного местообитания, устойчивость к воздействию факторов абиотического и биологического характера, а также успех в конкуренции с другими видами, популяциями, особями. Каждый вид имеет собственную способность к адаптации, ограниченную внутривидовой изменчивостью, мутационными возможностями, коадаптационными характеристиками внутренних органов и другими видовыми особенностями.

Приспособленность живых существ к условиям внешней среды была осознана людьми еще в античные времена. Вплоть до середины XIX века это объяснялось изначальной целесообразностью природы. В теории эвлюции Ч. Дарвина было предложено научное объяснение адаптационного процесса на основе естественного отбора.
Адаптации видов в рамках одного биоценоза зачастую тесно связаны друг с другом (одним из наиболее поразительных примеров межвидовой коадаптации является жёсткая привязка строения органов некоторых видов цветковых растений и насекомых друг к другу с целью опыления и питания) . Если адаптационный процесс у какого-либо вида не находится в равновесном состоянии, то эволюционировать может весь биоценоз (иногда — с негативными последствиями) даже в стабильных условиях окружающей среды.

Выводы:Влияние экологических факторов сказывается на всех процессах жизнедеятельности организмов и, прежде всего, на их обмене вещества. Приспособления организмов к среде носят название адаптаций. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни вообще, так как обеспечивает самую возможность ее существования, возможность организмов выжить и размножаться.

Экологические факторы имеют разную природу и специфику действия. По своему характеру они подразделены на две крупные группы: абиотические и биотические. Если мы будем подразделять факторы по причинам их возникновения, то они могут быть подразделены на природные (естественные) и антропогенные. Антропогенные факторы могут также быть абиотическими и биотическими.

Абиотические факторы (или физико-химические факторы) – температура, свет, рН среды, соленость, радиоактивное излучение, давление, влажность воздуха, ветер, течения. Это все свойства неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы – это формы воздействия живых существ друг на друга. Окружающий органический мир – составная часть среды каждого живого существа. Взаимные связи организмов – основа существования популяций и биоценозов.

Антропогенные факторы – это формы действия человека, которые приводят к изменению природы как среды обитания других видов или непосредственно сказываются на их жизни.

Действие экологических факторов может приводить:

– к устранению видов с биотопов (смена биотопа, территории, сдвиг ареала популяции; пример: миграции птиц);

– к изменению плодовитости (плотности популяций, репродукционные пики) и смертности (смерть при быстрых и резких изменениях условий окружающей среды);

– к фенотипической изменчивости и адаптации: модификационная изменчивость – адаптивные модификации, зимняя и летняя спячка, фотопериодические реакции и т.п.

Вопросы для подготовки к занятию (тест):

1.Какие из перечисленных экологических факторов относятся к антропогенным:

A) Извержение вулканов.

B) Рельеф местности.

C) Механический и органический состав почвы.

D) Строительство гидроэлектростанции.

E) Погодные условия.

2.К абиотическим факторам природной среды относятся:

A) Сообщество живых организмов пустынной экосистемы.

B) Температура и влажность атмосферного воздуха.

C) Состав растительного сообщества тундровой экосистемы.

D) Фитопланктон водной экосистемы.

E) Популяция зайцев лесной экосистмы.

3.Абиотическими факторами природной среды являются:

A) Популяции гидробионтов в водной экосистеме.

B) Луговые травы.

C) Мхи и лишайники наземных экосистем.

D) Химические элементы почвы.

E) Популяция хищников.

4.Биотическими факторами природной среды являются:

A) Глубина водной экосистемы.

B) Кислотность почвенной среды.

C) Млекопитающие тундровой экосистемы.

D) Температурный режим водной экосистемы.

E) Высота над уровнем моря.

5.В лесной экосистеме к биотическим факторам относятся:

A) Структура и кислотность почвы.

B) Атмосферный воздух и его влажность.

C) Рельеф местности и высота над уровнем моря.

D) Уровень и температура грунтовых вод.

E) Травянистая и кустарниковая растительность.

Занятие № 3.

Тема: Экологическая ниша. Жизненные формы. (4часа)

Цель: Дать основные понятия о экологическая нише и жизненных формах организмов. Экологическая ниша — отвлеченное понятие, сводящее воедино все, в чем нуждаются организмы, т.е. все те условия среды, которые необходимы им для поддержания жизнеспособной популяции, а также все потребные для этого ресурсы в необходимых для этого количествах. Следовательно, экологическая ниша— это характеристика организма, или, по индукции, вида.

Существуют такие сочетания условий и ресурсов, при которых длительное существование популяции особей данного вида возможно, но лишь в том случае, если ее не вытесняют враги. Это обстоятельство заставило Хатчинсона провести различие между нишей фундаментальной (потенциальной) и нишей реализованной (состоявшейся).

Всю совокупность оптимальных условий, при которых данная организменная единица может существовать и воспроизводить себя, Хатчинсон назвал фундаментальной нишей. Следовательно, фундаментальная ниша представляет собой гипотетическую, воображаемую нишу, в которой организм не сталкивается с «врагами», например конкурентами и хищниками, и в которой физическая среда оптимальна. Образно говоря (и это сравнение часто употребляется в литературе), фундаментальная экологическая ниша -это профессия вида.

В противоположность этому фактический диапазон условий существования организма, называется реализованной нишей. Реализованная ниша учитывает различные факторы ограничения, такие, как конкуренция, хищничество, ограниченность спектра значений фактора и т.д. Естественно, реализованная ниша будет меньше или во всяком случае не больше фундаментальной. Продолжая аналогию, реализованную нишу можно определить как должность видовой популяции в конкретных условиях среды обитания.

Естественно, фундаментальные ниши могут в той или иной степени перекрываться, тогда как перекрывание реализованных ниш - неустойчивое состояние, связанное либо с конкуренцией видов, либо с неустойчивым состоянием самого сообщества или ее части.

Представление о жизненных формах возникло в биологии в начале 19-го века, когда Гумбольд в 1806 г ввел понятие "основные физиономические формы" для растений. Понятие "жизненная форма" (предложенное в конце 19-го века Вармингом) оказалось весьма плодотворным. Первоначально система жизненных форм была разработана для высших растений и основывалась исключительно на внешних признаках. Наиболее известна из таких систем классификация, предложенная К. Раункиером. Он использовал один, но главный, по его мнению, признак - положение эмбриональных (меристематических) тканей относительно поверхности земли. Поскольку переннирующие ткани дают возможность растению выжить в неблагоприятный сезон, местоположение этих тканей является существенной чертой адаптации растений к климату. Согласно этой характеристике выделяется 5 главных типов:

- фанерофиты - древесные растения, у которых почки возобновления находятся высоко над землей и полностью открыты воздействию атмосферы: деревья, кустарники, лианы;

- хамефиты - различные растения с почками возобновления, расположенными выше поверхности почвы, но ниже 25 см: кустарнички, полукустарнички, розеточные кустарники и т.д.,

- гемикриптофиты - многолетние травы с переннирующими тканями на уровне почвы,

- геофиты - многолетние травы с переннирующими тканями скрытыми в почве: луковицы, клубни, корневища,

- терофиты – не долго живущие однолетники или эфемерные травы, которые переживают неблагоприятный сезон только в форме семян.

С общебиологических позиций, на мой взгляд, наиболее интересна как подход к решению проблемы классификация В.Р. Вильямса (1922). Вильямс построил свою классификацию исходя из типа питания и взаимосвязи с другими компонентами биоценоза. Растения в этой системе разделены на две категории основных жизненных форм:

I. Зеленые автотрофные:

1) деревянистые лесные,

2) травянистые степные,

3) травянистые луговые,

4) водные.

II. Бесхлорофильные гетеротрофные:

1) низшие грибы,

2) бактерии аэробные,

3) бактерии анаэробные.

Проблема жизненных форм животных менее разработана, хотя разного рода приспособительные биолого-морфологические признаки выражены в животном мире не менее ярко, чем у растений.

В отечественной экологии наиболее известна система Д.Н. Кашкарова, который предложил следующую схему:

I. Плавающие формы: 1) чисто водные (нектон, планктон, бентос), 2) полуводные (ныряющие, не ныряющие, лишь добывающие пищу в воде).

II. Роющие формы: 1) абсолютные землерои, 2) относительные землерои.

III. Наземные формы: 1) не делающие нор (бегающие, прыгающие, ползающие), 2) делающие норы (бегающие, прыгающие, ползающие), 3) животные скал.

IV. Древесные лазающие формы.

V. Воздушные формы

Выводы: Жизненная форма не всегда совпадает с экологической нишей – овца и кенгуру относятся к разным жизненным формам, но занимают одну экологическую нишу (почему овца и вытесняет кенгуру из его местообитаний.. Жизненная форма не всегда совпадает с экологической нишей – овца и кенгуру относятся к разным жизненным формам, но занимают одну экологическую нишу (почему овца и вытесняет кенгуру из его местообитаний. При изменении условий, при появлении новых экологических ниш или освобождении уже имеющихся, естественный отбор создает новые формы, стремящиеся занять освободившиеся или вновь возникшие ниши. Это творческая, формообразующая роль отбора. Если же природные условия стабильны, долгое время не меняются, все экологические ниши заполнены, то отбор отсекает все отклонения от средней нормы, возникающие в результате мутаций. Это стабилизирующая роль отбора. В итоге и виды, и биоценозы находятся в динамическом равновесии с окружающей средой, в состоянии гомеостаза. Это характерно в первую очередь для климаксовых биоценозов. В настоящее время на Земле трудно найти какое-либо сообщество, имеющее незаполненные экологические ниши. Некоторое исключение составляют океанические острова, особенно те из них, которые возникли сравнительно недавно (вулканические острова, коралловые атоллы). Заселяемые в известной степени случайно, они какое-то время имеют незаполненные ниши, но именно наличие таких ниш стимулирует процесс видообразования: занятие свободной ниши, изначальное приспособление к непривычной нише влечет за собой его изменения – сначала экологические, потом морфофизиологические и наконец – закрепление новых признаков на генетическом уровне – образование нового вида

Вопросы для подготовки к занятию:

1. Что такое экологическая ниша?

2. Какие типы экологической ниши вам известны?

3. Как формируется экологическая ниша представителей того или иного вида?

4. В чем сущность биологического явления конкуренции? Каковы его последствия?

5. Опишите экологическую нишу животного или растения, распространенного в вашей местности.

6. Как реализованная экологическая ниша связана с фундаментальной? Что можно сказать о фундаментальной нише домашних животных?

7. Как можно практически использовать знания об экологической нише?

Занятие № 4

Тема: Динамика популяций. Кривые роста. (4часа)

Цель: Предоставить информацию изменения в численности, структуре и распределении популяций как реакции на условия окружающей среды.

Естественные популяции — это не раз и навсегда застывшая совокупность особей, а динамическое единство находящихся во взаимоотношениях организмов. Изменение в численности, структуре и распределении популяций как реакция на условия окружающей среды называетсядинамикой популяции.

Динамика популяций в упрощенном варианте может быть описана такими показателями, как рождаемость и смертность. Это наиболее важные популяционные характеристики, на основании анализа которых можно судить об устойчивости и перспективном развитии популяции.

Рождаемость определяется как число особей, рожденных в популяции за некоторый промежуток времени (час, день, месяц, год). Термин «рождаемость» относится к особям любых видов, независимо от способов появления их на свет: будь это прорастание семян подорожника или овса, появление детенышей из яиц у курицы или черепахи, рождение потомства у слона, кита либо человека.

Экологи выделяют максимальную рождаемость в условиях отсутствия лимитирующих экологических факторов (добиться этого весьма сложно, даже невозможно). Подмаксимальной рождаемостью понимается теоретически возможный максимум скорости образования новых особей в идеальных условиях. Размножение организмов сдерживается только их физиологическими особенностями. Теоретическая скорость размножения различных видов может быть довольно высокой. Если взять за основу такой показатель, как время захвата видом всей поверхности Земли, то для бактерии холеры Vibrio cholerae он будет составлять 1,25 суток, для диатомовой водоросли Nitschia putrida — 16,8, для домашней мухи Musca domestica — 366, для курицы — около 6000, для слона — 376 000 суток. Следует подчеркнуть, что максимальная рождаемость — понятие теоретическое. Ни один вид в природе не может бесконтрольно и безгранично размножаться, иначе не избежать экологической катастрофы.

В отличие от максимальнойэкологическая, илиреализованная, рождаемость (или просто рождаемость) характеризует прирост или увеличение численности популяции при фактических или специфических условиях среды.

Смертность -это число особей, погибших в популяции за единицу времени. Подобно рождаемости, смертность можно выразить числом особей, погибших за данный период (число смертей в единицу времени), или в виде удельной смертности для всей популяции (или ее части). При определении смертности популяции учитываются все погибшие особи независимо от причины смерти (умерли ли они от старости или погибли в когтях хищника, отравились ядохимикатами или замерзли и т.д.)

Любая популяция теоретически способна к неограниченному росту численности, если ее не лимитируют факторы внешней среды. В таком гипотетическом случае скорость роста популяции будет зависеть только от величины биотического потенциала, свойственного виду. Общие изменения численности популяции складываются за счет четырех явлений: рождаемости, смертности, вселения и выселения особей (иммиграция и эмиграция).

J -образная модель роста популяции. Если r 0, то со временем численность популяции становится больше. Рост происходит сначала медленно, а затем стремительно увеличивается по экспоненциальному закону, т. е. кривая роста популяции принимает J-образный вид ). Такая модель основывается на допущении, что рост популяции не зависит от ее плотности .Считают, что почти любой вид теоретически способен увеличить свою численность до заселения всей Земли при достатке пищи, воды, пространства, постоянстве условий среды и отсутствии хищников. Эта идея была выдвинута еще на рубеже XVIII и XIX вв. английским экономистом Томасом Р. Мальтусом, основоположником теории мальтузианства.

S-образная модель роста популяции.Иное развитие получает ситуация при ограниченности пищевых ресурсов. Смертность начинает расти, когда численность популяции достигает или временно превышает емкость экосистемы. Первоначальный экспоненциальный рост в исходных благоприятных условиях со временем продолжаться не может и постепенно замедляется. Плотность популяциирегулирует истощение пищевых ресурсов, накопление токсикантов и поэтому влияет на рост численности. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля, и кривая выходит на некоторый стабильный уровень (график образует плато). Кривая такого роста имеет S-образную форму, и поэтому соответствующая модель развития событий называется S-образной

В специализированной литературе J- и S-образные модели роста численности часто называют соответственно экспоненциальной и логистической.

Выводы: Для природных популяций принятые допущения чаще всего неверны. В естественных условиях J- и S-образные модели роста популяции преимущественно можно наблюдать в случаях, когда тех или иных животных вселяют или они сами распространяются в новые для них районы. Тем не менее, теоретические модели роста позволяют лучше понять процессы, происходящие в естественных условиях. Большинство принципов, используемых для моделирования популяций животных, применимо также и для моделирования популяций растений.

Применительно к условиям реальной природной среды принято использовать понятия биотический потенциал-совокупность всех экологических факторов, способствующих увеличению численности популяции, или видовая способность к размножению при отсутствии ограничений со стороны среды, а также сопротивление среды— сочетание факторов, ограничивающих рост (лимитирующих факторов). Любые изменения популяции есть результат нарушения равновесия между ее биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей среды. В природе в основном встречаются три вида кривых изменения численности популяции: относительно стабильный, скачкообразный и циклический.

Вопросы для подготовки к занятию:

1. Что такое популяция? Чем это понятие отличается от понятия биоценоз?

2. От какого или каких параметров в экспоненциальной моделироста популяции зависит изменение численности особей в популяции?

3. Обоснуйте, какой параметр в логистической моделироста популяции отличает её от экспоненциальной модели.

4. Может ли в логистической модели роста показатель иметьотрицательное значение? Ответ обоснуйте с точки зрения биологических процессов, происходящих в популяции.

5. Как изменяется форма логистической кривой роста при следующих условиях:N₀<0,5К; 0,5K<N₀<K; N₀>K; N₀=K? В ответе привести рисунки всех возможных вариантов графиковотносительно постоянной К.

6. Может ли логистическая кривая роста численности ("S"-образная кривая) при определенных параметрах модели превращаться в прямую линию? Если да, то при каких условиях. Изобразите все возможные варианты графически.

7. Обоснуйте, проанализировав математические выражения, почему влогистической модели динамики численности популяции количество особей не может превышать установленного максимального числа? В реальных условиях максимально допустимая численность особей в популяциях также не может быть больше (ответ сопроводите аргументами и примерами)?

8. Почему дискретная модель роста получила такое название?

9. Проанализируйте и укажите недостатки (с точки зрения адекватности реальным условиям) всех трех исследованных моделей.

10. Что такое коллапс популяции? Перечислите возможные причины коллапса, изобразите графически изменение численности популяции при коллапсе

Занятие № 5.

Тема: Экология сообществ (синэкология. (4часа)

Цель: Дать представление о разделе экологии изучающей влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды (растений, животных, грибов, бактерий).

Синэкология— раздел экологии, изучающий многовидовые сообщества организмов —биоценозы. В настоящее время является одним из трёх главных разделов общей экологии (наряду с аутэкологией и демэкологией). Аутэкология. Раздел экологии, изучающий влияние факторов окружающей среды на отдельные организмы, популяции и виды (растений, животных, грибов, бактерий) Синэкология – раздел экологии, она же биоценология, изучает все комплексы видов (ценопопуляций) в сообществах, т. е. экосистемы, изучает законы их совместного сосуществования в биоценозе в зависимости от условий внешней среды. Она базируется на аут-, дем- и эйдоэкологии, но ей присущ общебиологический характер, поскольку ее исследования направлены на многовидовые взаимоупорядоченные комплексы, существующие в строго определенной физико-химической среде. Термин «синэкология» предложен в 1902 г. швейцарским ботаником К. Шретером. Синэкология формально выделена как раздел экологии на Международном ботаническом конгрессе в 1910 г. Пищевая цепь — это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Она представляет собой путь движущегося через живые организмы однонаправленного потока поглощенной при фотосинтезе малой части высокоэффективной солнечной энергии, поступившей на Землю. В конечном итоге эта цепь возвращается в окружающую природную среду в виде низкоэффективной тепловой энергии. По ней также движутся питательные вещества от продуцентов к консументам и далее к редуцентам, а затем обратно к продуцентам

Выводы: Синэкология или учение о растительных формациях, распадается на следующие отделы: I. Физиономическая Синэкология имеет задачей описание растительных формаций с точки зрения их состава и «физиономии» («жизненных форм»). II. Географическая Синэкология изучает географическое распределение формаций по областям, по горным поясам и по геологическим системам (формациям и проч.), представляющим из себя субстрат для растительности. III. Экологическая Синэкология изучает условия жизни данного местообитания; отдельные экологические группы, входящие в состав данной формации; происхождение формаций, условия поддержания их в равновесии и изменения, претерпеваемые формациями. IV. Историческая Синэкология исследует флористические элементы отдельных формаций и историю их иммиграции.

Вопросы для подготовки к занятию:

Устный опрос по теме: "Местообитание растительного сообщества" - Влияние климата на растительность - Влияние рельефа на растительность - Влияние почвы на растительность - Влияние растительности на среду - Влияние фитоценозов друг на друга - Фитомелиорация климата и почв.

Занятие № 6.

Тема: Экосистема и биогеоценоз. (4 часа)

Цель: Дисциплиной, зародившейся в недрах лесной геоботаники и оформившейся впоследствии в фундаментальную науку со своими задачами и методами, является биогеоценология (от греч. bios — жизнь, geo — земля, koinos — общий). Основоположником биогеоценологии стал выдающийся отечественный геоботаник, лесовод и эколог, академик В.Н. Сукачев, предложивший собственную трактовку структурной организации биосферы. В.Н. Сукачев посвятил свою жизнь разработке общих вопросов фитоценологии — науки о растительных сообществах (фитоценозах). Он придавал большое значение изучению межвидовых и внутривидовых взаимоотношений растений в растительных сообществах.

Важнейшей теоретической разработкой В.Н. Сукачева является идея единства и взаимосвязи живых организмов (биоценоза) и среды его обитания (биотопа). Биогеопенология предполагает разносторонний комплексный подход к исследованию живого покрова Земли, основанный на изучении взаимодействия слагающих его компонентов. Задача биогеоценологии — расшифровка связей и взаимодействий между живыми и косными компонентами природы — биогеоценозами, которые ученый назвал элементарными ячейками поверхности Земли.

По определению В.Н. Сукачева,биогеоценоз — это однородный участок земной поверхности, где природные явления (атмосфера, горная порода, растительность, животный мир, микроорганизмы, почва, гидрологические условия) имеют однотипный характер взаимодействия между собой и объединены обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.Сущность биогеоценоза В.Н. Сукачев видел в процессе взаимного обмена веществом и энергией между составляющими его компонентами, а также между ними и окружающей средой. Важная особенность биогеоценоза — то, что он связан с определенным участком земной поверхности.

Исходным понятием при определении биогеоценоза был геоботанический термин«фитоценоз» - растительное сообщество, группировка растений с однородным характером взаимоотношений между ними самими и между ними и средой. Еще одним природным компонентом, с которым непосредственно контактируют растения, является атмосфера. Для характеристики биогеоценоза важны также условия увлажнения. Кроме того, любой фитоценоз всегда населен разнообразными животными.

Объеденив все указанные составляющие в одно целое, мы получим структуру биогеоценоза (рис. 1). Она включает фитоценоз — растительное сообщество (автотрофные организмы, продуценты); зооценоз — животное население (гетеротрофы, консументы) и микробоценоз — различные микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие (редуценты). Живую часть биогеоценоза Сукачев относил кбиоценозу. Неживую, абиотическую часть биогеоценоза слагают совокупность климатических факторов данной территории — климатом, биокосное образование — эдафотоп (почва) и условия увлажнения (гидрологические факторы) — гидротоп. Совокупность абиотических компонентов биогеоценоза носит названиебиотоп. Экосистема может быть и меньше, и крупнее биогеоценоза. Экосистема — образование более общее, безранговое. Это может быть участок суши или водоема, прибрежная дюна или небольшой пруд.

.Это также вся биосфера в целом. Биогеоценоз заключен в границы фитоценоза и обозначает конкретный природный объект, занимающий определенное пространство на суше и отделенный пространственными границами от таких же объектов. Это реальная природная зона, в которой осуществляется биогенный круговорот.

Выводы: Биогеоценоз как структурная единица биосферы сходен с предложенной А. Тенсли трактовкойэкосистемы.Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не одинаковые. Биогеоценоз следует рассматривать как элементарную комплексную, т.е. состоящую из биотопа и биоценоза, экосистему. Каждый биогеоценоз является экосистемой, но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу.

Прежде всего, любой биогеоценоз выделяется только на суше. Биогеоценоз имеет конкретные границы, которые определяются границами растительного сообщества — фитоценоза. Образно говоря, биогеоценоз существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет фитоценоза, нет и биогеоценоза. Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» тождественны только для таких природных образований, как, к примеру, лес, луг, болото, поле. Для природных образований, меньших или больших по объему, нежели фитоценоз, либо в тех случаях, где фитоценоз выделить нельзя, применяется понятие «экосистема». Например, кочка на болоте, ручей — экосистемы, но не биогеоценозы. Только экосистемами являются морс, тундра, влажный тропический лес и т.п. В тундре, лесу можно выделить не один фитоценоз, а совокупность фитоценозов, представляющих собой более крупное образование, нежели биогеоценоз

Вопросы для подготовки к занятию:

Устный опрос по теме: "Геоботаника как наука. Фитоценология." - Флора и растительность - Что такое фитоценоз - Фитоценология, ее место в системе биологических наук - Представления о дискретности и непрерывности растительного покрова -Фитоценоз как компонент биогеоценоза - Практическое значение фитоценологии - Фитоценология как основа серии прикладных наук. Что такое биогеоценоз.

Занятие №7 .

Тема: Биомасса и продуктивность. Первичная и вторичная продуктивность экосистем Земли. (4 часа)

Цель: Каждая экосистема обладает определенной продуктивностью.

Продуктивность экологической системы – скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию солнца в процессе фотосинтеза, образуя органическое вещество.

Различают разные уровни продуцирования, на которых создается первичная и вторичная продукция. Органическая масса, создаваемая продуцентами в единицу времени, называется первичной продукцией, а прирост за единицу времени массы консументов –вторичной продукцией. Все живые компоненты экосистемы – продуценты, консументы, редуценты составляют общуюбиомассу (живой вес). Биомассу обычно выражают через сухой или живой вес, но можно выражать и в энергетических единицах – калориях, джоулях. Трофические структуры можно выразить графически в виде экологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды.

Известны три основных типа экологических пирамид:

1) пирамиды биомассы, характеризующие массу живого вещества на каждом уровне;

2) пирамиды энергии, показывающие, изменение энергии на последующих трофических уровнях;

3) пирамиды чисел, отражающие численность организмов на каждом уровне.

В наземных экосистемах суммарная масса растений превышает массу всех растительноядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Для экосистемы океана пирамида биомассы имеет перевернутый вид, т. е характерна тенденция накапливания биомассы на более высоких уровнях. Пирамиду чисел рекомендуют приводить в табличной форме. Более совершенной является пирамида энергии, она отражает расходование энергии в трофических цепях. Знание энергетики экосистемы и количественных ее показателей позволяют точно учесть возможность изъятия из природной экосистемы того или иного количества растительной и животной биомассы без подрыва ее эффективности.

Органическое вещество, создаваемое продуцентами в процессе фотосинтеза или хемосинтеза, называют первичной продукцией экосистемы (сообщества). Количественно ее выражают в сырой или сухой массе растений или в энергетических единицах —эквивалентном числе ккалорий или джоулей. Первичной продукцией определяется общий поток энергии через биотический компонент экосистемы, а следовательно, и биомасса живых организмов, которые могут существовать в экосистеме.

Скорость, с которой растения накапливают химическую энергию, называют валовой первичной продуктивностью (ВПП). Около 20% этой энергии расходуется растениями на дыхание и фотодыхание. Скорость накопления органического вещества за вычетом этого расхода называется чистой первичной продуктивностью (ЧПП). Это энергия, которую могут использовать организмы следующих трофических уровней. Количество органического вещества, накопленного гетеротрофными организмами, называется вторичной продукцией. Вторичную продукцию вычисляют отдельно для каждого трофического уровня, так как прирост массы на каждом из них происходит за счет энергии, поступающей с предыдущего. Гетеротрофы, включаясь в трофические цепи, в конечном итоге живут за счет чистой первичной продукции сообщества. Полнота ее расхода в разных экосистемах различна. Постеленное увеличение общей биомассы продуцентов отмечается, если скорость изъятия первичной продукции в цепях питания отстает от темпов прироста растений.

Общая годовая продуктивность сухого органического вещества на Земле составляет 150—200 млрд. т. Две трети его образуется на суше, третья часть — в океане.

Практически вся чистая первичная продукция Земли служит для поддержки жизни всех гетеротрофных организмов. Энергия, недоиспользованная консументами, запасается в их телах, гумусе почв и органических осадках водоемов. Питание людей большей частью обеспечивается сельскохозяйственными культурами, занимающими около 10% площади суши. Годовой прирост культурных растений равен примерно 16% всей продуктивности суши, большая часть которой приходится на леса.

Половина урожая идет непосредственно на питание людей, остальное — на корм домашним животным, используется в промышленности и теряется в отходах. Всего человек потребляет около 0,2% первичной продукции Земли. Ресурсы, имеющиеся на Земле, включая продукцию животноводства и результаты промысла на суше и в океане, могут обеспечить ежегодно только 50% потребностей современного населения Земли.

Выводы: Увеличение биологической продуктивности экосистем и особенно вторичной продукции является одной из основных задач, стоящих перед человечеством.

Практические задачи.

.1.Зная правило десяти процентов, рассчитайте:

Сколько нужно травы, чтобы вырос один орел весом 5 кг. Уровни пищевой цепи: орел, трава, заяц.

Б. Сколько понадобится фитопланктона, чтобы выросла одна щука весом 10 кг. Уровни пищевой цепи: зоопланктон, мелкие рыбы, щука, окунь, фитопланктон.

Сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один медведь весом 300кг. Уровни пищевой цепи: лосось, мелкие рыбы, медведь, зоопланктон, фитопланктон.

Г. Сколько понадобится фитопланктона, чтобы вырос один синий кит весом 150т. Уровни пищевой цепи: синий кит, фитопланктон, зоопланктон.

2.Соотнесите понятия, обозначающие различные способы добывание пищи, с ихопределениями и распишите в отчете.

а) Паразит;

б) Фильтратор;

в) Хищник;

г) Собиратель;

д) Пасущийся организм.

3.Пользуясь правилом экологической пирамиды, подсчитайте, какая площадь соответствующего биогеоциноза может выкормить одну особь последнего звена в цепи питания:

а) планктон - нехищная рыба - щука 10 кг;

б) планктон - нехищная рыба - скопа 5 кг;

в) планктон - нехищная рыба - орлан-белохвост 6 кг;

г) растения - беспозвоночные - карп 3 кг.

Биологическая продуктивность планктона 600, донной растительности 1000 г/м²в год (в пересчете на сухую биомассу).

Вопросы для подготовки к занятию:

1. Объясните различия первичной, вторичной, чистой и валовой биологической продукций.

2. Какова биологическая продуктивность разных экосистем?

3. Объясните различия понятий «биологическая продуктивность» и «запас биомассы».

4. Почему в водных экосистемах запас биомассы больше, чем биологическая продукции.

5. Общее представление об энергии и физических законах, определяющих её основные свойства.

6. Представление об энтропии как о важнейшей термодинамической характеристике.

7. Представление биологической жизни как термодинамического процесса в природной среде.

8. Особенности организации пищевых цепей в экосистемах.

9. Различие и сходство пастбищных и детритных пищевых цепей.

10. Причины, ограничивающие длину пищевых цепей.

11. Энергетические особенности отдельного организма. 8. Структура потоков энергии в экосистемах.

12. Продуктивность биологических объектов.

Занятие №8 .

Тема:Общие закономерности. Правило сукцессионной индикации состояния среды (4часа)

Цель: Дать представление о сукцессии. Сукцессия– это направленная и постепенная смена биоты (сообществ, фитоценозов, биоценозов, биогеоценозов, экосистем) во времени, обусловленная внешними или внутренними факторами. В начале XX века была разработана теория сукцессий растительности, внесшая значительный вклад в развитие экологии: Г. Коулс (Cowles, 1901, 1911); Ф. Клементс (Clements,1916, 1928, 1936), А. Тенсли (Tansley, 1926, 1929). И в XXI веке сукцессии остаются одним из наиболее популярных объектов экологических исследований. Концепция сукцессии служит основой междисциплинарных исследований на стыке экологии и географии (ландшафтная экология, геоэкология), экологии и геологии (палеоэкология, экостратиграфия).

Сукцессии как основа изучения динамики экосистем и ландшафтов. Сукцессия обеспечивает концептуальную основу для изучения временной динамики сообществ, экосистем и ландшафтов (геосистем). Среди разнообразных форм динамики компонентов ландшафта сукцессии растительности наиболее адекватны ему по характерному времени и характерному пространству (площади выявления, минимум – ареалу). Средообразующая роль биоты обуславливает важное значение сукцессий в актуальном разнообразии состояний ландшафтов на региональном уровне. Для фитоиндикации динамики ландшафтов предложена ландшафтно-экологическая модель сукцессионной системы растительности .

Сукцессии и палеосукцессии.Закономерности, выявленные при исследовании сукцессий, понятийный аппарат учения о сукцессиях – основа для изучения палеосукцессий. Под палеосукцессией, как правило, понимается последовательная смена ориктоценозов (палеобиоценозов, палеоэкосистем) в геологическом разрезе. Палеосукцессии используются для стратиграфической корреляции отложений (стратиграфия, экостратиграфия), для изучения изменений палеоклимата – оледенений и потепления (палеоклиматология и палеогеография), для реконструкции геологической истории того или иного региона (историческая геология, палеогеография), для изучения экологических катастроф прошлого –м ассовых вымираний флоры и фауны (палеоэкология).

Сукцессии как индикатор экологического состояния среды (антропогенного воздействия). Сукцессии могут служить индикаторов антропогенных изменений в природных экосистемах и ландшафтах. Н.Ф. Реймерс сформулировал правило сукцессионного мониторинга или степени завершенности сукцессии: качество среды и напряженность антропогенного воздействия отражаются на степени завершенности сукцессионных рядов, т.е. чем больше нарушенность среды, тем на более ранних фазах оканчивается сукцессия. Ряды аллогенной сукцессии отражают изменения природных систем под воздействием различных антропогенных процессов: подтопление и заболачивание, осушительная мелиорация, химическое загрязнение атмосферы, рекреация. Соотношение площадей восстановительной и дигрессивной динамики растительности используется для оценки напряженности геоэкологической ситуации .

Сукцессии как индикатор устойчивости экосистем и ландшафтов. Устойчивость экосистем как их способность к самовосстановлению после нарушений тесно связана с восстановительными сукцессиями. Каждая эко - и геосистема обладает потенциалом самовосстановления, который в значительно степени обеспечивается сукцессиями растительности. Самовосстановление растительности обуславливает восстановление почвенного покрова, микроклимата, водного режима, т.е. других компонентов геосистемы. Поэтому потенциал самовосстановления геосистемы можно оценивать посредством потенциала самовосстановления растительности .

В свою очередь, устойчивость как возможность (вероятность) восстановления нарушенной экосистемы тесно связана с экологическим риском: чем меньше устойчивость, тем выше риск. Поэтому на основе изучения сукцессий можно разработать систему оценки экологического риска.

Сукцессии и экологическое равновесие. В работах Н.Ф. Реймерса. неоднократно указывается, что индикатором экологического равновесия служит способность природных систем достигать климакса в ходе сукцессии. Если природные системы не в состоянии самовосстановиться до фазы климакса – это сигнал о нарушении экологического равновесия, а, следовательно, о необходимости перестройки практики природопользования. Если перестройки системы природопользования не произойдет, то экосистемы в конечном итоге трансформируются до предельно сукцессионно омоложенных состояний.

Антропогенная пустыня – пример крайне сукцессионно омоложенного, весьма устойчивого природного комплекса, где сложившееся новое естественное равновесие дает минимум биологической и хозяйственной продукции.Риск нарушения экологического равновесия может быть оценен по степени деградации потенциал

12
• 3
• 4
• 5
• 6
• Далее ⇒