Причины, нарушающие стабильность популяции.
Популяции неоднородны.
Популяция, состоящая из неодинаковых особей, более устойчива. У такой популяции меньше риск лишиться урожая в случае заморозков (например, замерзает лишь часть цветков, остальные могут сохраниться в виде бутонов).
Конкуренция.
Плотность популяции непостоянна и колеблется из года в год потому, что количество самого дефицитного ресурса в отдельные года непостоянно.
Вспышка плотности популяции жертв вызывает вспышку плотности популяции хищников потому, что хищники, питающиеся жертвами, имеют достаточно еды. Следовательно, они не погибают из-за недостатка пищи. И большинство популяций выживает. Ведь, чем больше уровень дефицитного ресурса, тем выше плотность популяции, т.е. чем больше жертв, тем больше хищников.
Плотность популяции белок зависит от количества пропитания, т.е. если в лесу вырастет много шишек, грибов и желудей и т.д., то популяция белок увеличится. Белки смогут размножаться и прокармливать своё потомство.
Причины, нарушающие стабильность популяции.
Чрезмерная добыча. Разрушение местообитания (туристы устраивают пожары, загрязняют реки).
Вселение нового вида. Новые виды могут вытеснить местные виды, разрушая их популяции.
Загрязнение среды. Больше всего от этого страдают обитатели водных экосистем.
8. Экологическая характеристика почвы как среды обитания.
Почвенная среда: промежуточная м/у воздушной и водной. Толщина несколько метров. В почвах выделяют 3 фазы: твердую, жидкую и газообразную. Почва – наиболее насыщенная живыми организмами. И иногда выделяют 4-ю фазу – живую. В почве недостаток тепла, недостаток или избыток влаги.
Особенности почвенной среды обитания:
в почву регулярно поступает органическое вещество за счёт отмирающих частей растений (корней, опадающей листвы), погибших животных и продуктов их жизнедеятельности; почва пронизана порами, мелкими и крупными полостями; в зависимости от типа почвы объём таких пустот может изменяться от 20 до 70%;
воздух в почвенных порах беден кислородом, насыщен углекислым газом и богат парами воды;
на поверхности и в верхней части почвы наблюдаются резкие колебания температуры, которые с глубиной сглаживаются.
5. Виды и задачи особоохраняемых природных территорий. Красные книги.
Охраняемые территории (заповедники) нужны для того, чтобы редкие виды растений и животных могли функционировать без угрозы для их жизни. С самого начала своего существования человечество прямым или косвенным образом воздействует на окружающую его среду, подвергая опасности окружающие его виды животных и растений. Заповедники нужны для того, чтобы защитить природу от человека и его посягательств на жизнь.
Наиболее надёжный способ охраны популяций – их охрана как частей целых экосистем, в которых поддерживается экологическое равновесие. Для этого создают особо охраняемые территории (ООТ) разных типов.
Заповедники. Это главный тип ООТ, наиболее надёжно обеспечивающий охрану видов. В мире сегодня свыше двух тысяч заповедников, в России – 70. Самые главные заповедники – биосферные. Биосферные заповедники равномерно распределены по всему миру, и каждый представляет какой-то природный ландшафт. Их создают там, где природа не утратила своих первозданных черт. Наблюдения в биосферных заповедниках как эталонах природы проводят по единой международной программе, составленной в ЮНЕСКО. Это обеспечивает сравнимость результатов, получаемых учёными в разных странах. В мире около 300 биосферных заповедников, в нашей стране их – 11 (Кавказский, Сихотэ-Алинский и др.).
Заповедники создают и на территориях, нарушенных человеком. Однако не всегда экосистемы приходят в первозданное состояние, так как популяции некоторых видов растений и животных не восстанавливаются. В заповедниках использование либо совсем прекращается, либо проводится, но не с целью извлечения из этих земель прибыли, а для охраны.
Национальные парки. Главное в национальных парках – создание условий для организованного отдыха людей на лоне хорошо сохранившейся природы. При правильной организации туристы, получая пользу от общения с природой и укрепляя здоровье, не наносят вреда экосистеме.
Заказники. Они организуются на определённых срок для восстановления поголовья промысловых зверей и популяций лекарственных растений. Восстанавливаемые виды использовать запрещается. В заказниках охотничье-промысловых животных создают условия для нормального воспроизведения популяций крупных животных, таких как лоси, или осторожных птиц, таких как тетерев или глухарь.
Особый вид заказников – лесосады. Их создают в пойменных лесах: вырубают деревья и кустарники, не имеющие ресурсного значения, и на их месте сами разрастаются ценные виды (боярышник, калина, черёмуха или шиповник).
На этом уровне объектами охраны являются конкретные виды растений или животных, живущих в популяциях.
Для того чтобы организовать охрану, выявляют объекты и создают Красные книги. Первая Красная книга появилась в 1966 году (5 томов).
Красная книга РСФСР (растения) была издана в 1988 году (533вида).
Красная книга РСФСР (животные) была издана в 1985 году (247 видов).
Охрану на популяционно-видовом уровне осуществляют:
Запрет на сбор красивоцветущих растений (венерен, башмачок).
Запрет на сбор редких лекарственных трав (валерьяна лекарственная).
Запрет на охоту на редкие виды птиц и зверей (журавли, лебеди, тигры).
Запрет на отлов определённых видов рыб (осетровые), бабочек и жуков.
Запрет на чрезмерную добычу (песец, соболь).
Запрет на разрушение местообитания.
Запрет на вселение новых видов (ковыль красивейший).
Запрет на загрязнение
Пути решения проблемы:
Разведение видов под контролем человека.
Животных разводят в зоопарках, растения – ботанических садах. Существуют размножения редких видов.
2. Создание генных банков.
В банках могут храниться как семена растений, так и замороженные культуры тканей или половые клетки (чаще сохраняют замороженную сперму), из которой можно получить животных и растения.
9. Экологическая характеристика живых организмов как среды обитания.
Организменная среда обитания — среда, образуемая самими живыми организмами, в которых обитают другие организмы. Это организмы — паразиты, живущие за счет своего хозяина.
Организменная среда обладает своими особенностями:
отсутствие света и атмосферного воздуха;
практически постоянная температура;
высокая влажность;
обилие питательных веществ;
агрессивная реакция организма хозяина.
Только ослабленные организмы, неспособные к самозащите, становятся удобными для заражения паразитами.
В жизненном цикле внутренних паразитов этап размножения является наиболее сложным, так как большая часть его происходит вне тела хозяина. В это время большая часть паразитов и их яиц погибает, несмотря на слоистую защитную оболочку. Это компенсируется очень большим числом откладываемых яиц.
Кроме паразитов, у хозяина могут быть и полезные сожители, которые, например, способствуют перевариванию пищи.
6. Адаптации растений и животных к наземно-воздушной среде обитания.
Среда обитания.
Под средой обитания понимают природные тела и явления, с которыми организмы находятся в прямых или косвенных взаимоотношениях. Отдельные элементы среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями, носят названиефакторов. Под экологическими факторами понимается любой элемент среды, на которые организмы реагируют приспособительными реакциями или адаптациями. Все факторы делятся на 3 категории: 1) Абиотические- факторы не живой природы (атмосферные, климатические, почвенные)2)Биотические– факторы живой природы (продукты жизнедеятельности);3)Антропогенные- факторы человеческой деятельности (загрязнение среды, промысел, строительство плотин). Классификация факторов по периодичности и направленности действия.
Выделяют:Действующие строго периодически(смена времени суток, сезонов года, приливы и отливы); действующие без строгой периодичности, но повторяющиеся время от времени. (погодные яв-ния, землятресения). Следующая группа –факторы направленного действия, они обычно изменяются в одном направлении (потепление или похолодание климата, зарастание водоемов, заболачивание территорий). И последняя группы –факторынеопределенного действия (антропогенные факторы).
Наземно - воздушная: эта среда наиболее разнообразная. Для нее характерна низкая плотность воздуха, большие колебания температуры, высокая подвижность атмосферы. Лимитирующими факторами яв. недостаток или избыток тепла и влаги. Большое колебание температуры, хорошая обеспеченность кислородом яв. хорошим мотивом для появл. организмов с постоянной температурой тела. Для организмов этой среды типичны 3 механизма адаптации: физический, химический, поведенческий. Физический - кожный покров, жировые отложения, испарение воды (потовыделение у животных, транспирация у растений). Химический- интенсивный обмен в-в. Поведенческий- выбор организмами предпочтительных положений: открытые солнцу или затемненные места, разного вида укрытия. Правило Бергмана- чем крупнее животное, значит обитает на севере, мелкие в тропиках.
7. Экологическая характеристика водной среды обитания.
Водная среда:наиболее однородная. Она мало изменяется в пространстве, нет четких границ м/у отдельными экосистемами. Лимитирующими факторами яв. кислород. При повышении температуры, обогащении органическим веществом и слабом перемешивании содержание кислорода в воде уменьшается. Второй лимитирующий фактор – свет. Освещенность быстро уменьшается с глубиной. Свет может проникать до глубины 50-60 м, в сильно загрязненных местах- только на несколько сантиметров. В воде мало теплокровных организмов. Это результат 2-х причин6 малое колебание температур и недостаток кислорода. Обитатели водной среды имеют переменную температуру тела. Многие обитатели вод потребляют кислород через все покровы тела. Часто дыхание сочетается с фильтрационным типом питания, при котором через организм пропускается большое кол-во вода. Некоторые организмы в период недостатка кислорода способны замедлять жизнедеятельность, вплоть до состояния анабиоза (почти полное прекращения обмена в-в). В условиях недостатка света или его отсутствие организмы для ориентации используют звук. Для обнаружения различных препятствий используется отраженный звук по типу эхолокации. На глубине воды многие организмы обладают свой-ом самосвечения.
14. Динамика популяций.
Динамика популяций- это изменение популяций во времени. Если популяция длительное время не меняется, то говорят, что она находиться в состоянии гомеостаза. Периоды резкого изменения численности назыв. популяционные волны, волны жизни Иногда они связаны с пищевыми факторами, иногда с погодными, иногда с солнечной активностью. Резкие изменения численности обычно имеют отрицательные последствия жизни популяции: при высокой численности – из-за ослабления всех особей в результате недостатка пищи, возможны массовые заболевания, при низкой численности- из-за превышения порога ее минимальных значений. В животном мире результат острой внутривидовой борьбы прояв. в форме канибализма 9поедание себе подобных) при высокой скученности особей в популяциях регулирующим механизмом численности могут яв. стрессовые явления. Они наиболее характерны для млекопитающих. При стрессах часть особей снижает или теряет способность к размножению. Более сильные особи менее подвержены стрессу. Миграции как фактор гомеостаза прояв. в 2-х видах. 1-ый из них относится к массовому исходу особей из популяции при перенаселенности. Это характерно для белок. Особи оставив популяцию, обычно не возвращаются. И некоторые погибают при перемещениях. 2-ой вид миграции связан с более постепенным (спокойным) уходом частей особей в другие популяции с меньшей плотностью населения.
11. Половая и возрастная структура популяций.
Возрастная структура популяции.Этот тип структуры связан с соотношением особей различных возрастов в популяции. Особи одного возраста принято объединять в когорты, то есть возрастные группы.
Возрастная структура популяций растений описана очень подробно. В ней выделяют (по Т.А. Роботнову) следующие возрасты (возрастные группы организмов):
латентный период - состояние семени;
· прегенеративный период (включает состояния проростка, ювенильного растения, имматурного растения и виргинильного растения);
· генеративный период (обычно подразделяется на три подпериода - молодых, зрелых и старых генеративных особей);
· постгенеративный период (включает состояния субсенильного растения, сенильного растения и фазу отмирания).
Разумеется, при этом возникает проблема соотношения календарного и биологического возраста. Принадлежность к определенному возрастному состоянию определяется по степени выраженности определенных морфологических (например, степень расчлененности сложного листа) и физиологических (например, способность дать потомство) признаков. Таким образом фиксируется, прежде всего, биологический возраст особи. Биологический возраст имеет для эколога большее значение, так как именно он определяет роль особи в популяционных процессах. В то же время, как правило, существует взаимосвязь между биологическим и календарным возрастом.
В популяциях животных также можно выделить различные возрастные стадии. Например, насекомые, развивающиеся с полным метаморфозом, проходят стадии яйца, личинки, куколки, имаго (взрослого насекомого). У других животных (развивающихся без метаморфоза) также можно выделить различные возрастные состояния, хотя границы между ними могут быть и не настолько четкими.
Характер возрастной структуры (или как говорят, возрастного спектра) популяции зависит от типа так называемой кривой выживания, свойственной данной популяции. Кривая выживания отражает уровень смертности в различных возрастных группах. Так, если уровень смертности не зависит от возраста особей, то кривая выживания представляет собой снижающуюся линию (см. рисунок, тип I). То есть отмирание особей происходит в данном типе равномерно, коэффициент смертности остается постоянным на протяжении всей жизни. Такая кривая выживания свойственна видам, развитие которых происходит без метаморфоза при достаточной устойчивости рождающегося потомства. Этот тип принято называть типом гидры - для нее свойственна кривая выживания, приближающаяся к прямой линии.
У видов, для которых роль внешних факторов в смертности невелика, кривая выживания характеризуется небольшим понижением до определенного возраста, после которого происходит резкое падение в следствие естественной (физиологический) смертности. Близкий к этому типу характер кривой выживания свойственен человеку (хотя кривая выживания человека несколько более пологая и, таким образом, является чем-то средним между типами I и II). Этот тип носит названия типа дрозофилы: именно его демонстрируют дрозофилы в лабораторных условиях (не поедаемые хищниками).
Для очень многих видов характерна высокая смертность на ранних стадиях онтогенеза. У таких видов кривая выживания характеризуется резким падением в области младших возрастов. Особи, пережившие "критический" возраст, демонстрируют низкую смертность и доживают до больших возрастов. Тип носит название типа устрицы. Тип III на рисунке.
Изучение кривых выживания представляет большой интерес для эколога. Оно позволяет судить о том, в каком возрасте тот или иной вид наиболее уязвим. Если действие причин, способных изменить рождаемость или смертность, приходится на наиболее уязвимую стадию, то их влияние на последующее развитие популяции будет наибольшим. Эту закономерность необходимо учитывать при организации охоты или в борьбе с вредителями.
Половая структура популяции. О половой структуре популяции можно говорить, разумеется, только если речь идет о раздельнополом (бисексуальном) виде. Бисексуальность играет огромную роль в поддержании генетической разнокачественности особей популяции. Значение генетической для устойчивости популяции будет подробно раскрыто в следующем уроке. Сейчас же отметим, что половая структура, то есть соотношение полов, имеет прямое отношение к воспроизводству популяции и ее устойчивости.
Принято выделять первичное, вторичное и третичное соотношение полов в популяции. Первичное соотношение полов определяется генетическими механизмами - равномерностью расхождения половых хромосом. Например, у человека XY-хромосомы определяют развитие мужского пола, а XX - женского. В этом случае первичное соотношение полов 1:1, то есть равновероятно.
Вторичное соотношение полов - это соотношение полов на момент рождения (среди новорожденных). Оно может существенно отличаться от первичного по целому ряду причин: избирательность яйцеклеток к сперматозоидам, несущим X- или Y-хромосому, неодинаковой способностью таких сперматозоидов к оплодотворению, различными внешними факторами. Например, зоологами описано влияние температуры на вторичное соотношение полов у рептилий. Аналогичная закономерность характерна и для некоторых насекомых. Так, у муравьев оплодотворение обеспечивается при температуре выше 20 С, а при более низких температурах откладываются неоплодотворенные яйца. Из последних вылупляются самцы, а из оплодотворенных - преимущественно, самки.
Третичное соотношение полов - это соотношение полов среди взрослых животных.
12. Пространственная структура популяций.
Пространственная структура популяции. Пространственная структура популяции отражает характер размещение особей в пространстве.
Выделяют три основных типа распределения особей в пространстве:
· единообразное (особи размещены в пространстве равномерно, на одинаковых расстояниях друг от друга), тип также носит название равномерного распределения;
· конгрегационное, или мозаичное (то есть "пятнистое", особи размещаются в обособленных скоплениях);
· случайное, или диффузное (особи распределены в пространстве случайным образом).
Если вы дружны со статистикой, то различие между этими типами пространственной структуры можно описать так. Возьмем некоторое число выборок, подсчитав число особей на равных площадях. Если дисперсия числа особей в выборках стремится к нулю - мы имеем дело с равномерным распределением. Если дисперсия близка к среднему арифметическому - это случайное распределение. Если же дисперсия на много больше среднего арифметического, то можно говорить о конгреационном размещении особей.
Равномерное распределение встречается в природе редко и чаще всего вызвано острой внутривидовой конкуренцией (как, например, у хищных рыб).
Случайное распределение можно наблюдать только в однородной среде и только у видов, которые не обнаруживают никакого стремление к объединению в группы. Как хрестоматийный пример равномерного распределения, обычно приводят распределение жука Tribolium в муке.
Распределение группами встречается намного чаще. Оно связано с особенностями микросреды или с особенностями поведения животных.
Пространственная структура имеет важное экологическое значение. Прежде всего, определенный тип использования территории позволяет популяции эффективно использовать ресурсы среды и снизить внутривидовую конкуренцию. Эффективность использования среды и снижение конкуренции между представителями популяции позволяют ей укрепить свои позиции по отношению к другим видам, населяющим данную экосистему.
Другое важное значение пространственной структуры популяции состоит в том, что она обеспечивает взаимодействие особей внутри популяции. Без определенного уровня внутрипопуляционных контактов популяция не сможет выполнять как свои видовые функции (размножение, расселение), так и функции, связанные с участием в экосистеме (участие в круговоротах веществ, создание биологической продукции и так далее)
13. Этологическая (поведенческая) структура популяций.
Этологическая (поведенческая) структура. Она отражает разнообразные формы совместного существования особей в популяциях. О д и н о ч н ы й о б р а з жизни следует выделить в первую очередь, хотя полностью одиночного существования организмов в природе нет, так как в этом случае было бы невозможно размножение. С е м е й н ы й о б р а з жизни – усиливаются связи между родителями и потомством, начинает заметно проявляться территориальное поведение животных. Путем различных сигналов, маркировки, угроз и тому подобного обеспечивается владение участком, достаточным для выкармливания потомства.
Стая – временное объединение животных, проявляющих биологически полезную организованность действий (для защиты от врагов, добычи пищи, миграции и т. п.). Наиболее широко стайность распространена среди рыб и птиц, хотя встречается и у млекопитающих (например, у собак).
Стадо – длительное или постоянное объединение животных, в котором осуществляются все основные функции жизни вида: добывание корма, защита от хищников, миграция, размножение, воспитание молодняка.
Основу группового поведения в стадах составляют взаимоотношения доминирования. Характерно наличие временного или относительно постоянного лидера, которому подражают особи стада.
Активное руководство стадом (специальные сигналы или угрозы) осуществляют вожаки. Иерархически организованному стаду свойственен закономерный порядок перемещения, определенные позиции при защите от врагов, расположение на местах отдыха и др. (рис. 4.3).
Колония – это групповое поселение оседлых животных на длительное время или на период размножения. По сложности взаимоотношений между особями колонии очень разнообразны, наиболее сложные отношения складываются в поселениях для общественных насекомых (термитов, муравьев, пчел, ос и др.), возникающие на основе сильно разросшейся семьи. Члены колоний постоянно обмениваются информацией друг с другом.
15. Сообщество: понятие и структура (видовая, пространственная, экологическая)
Сообщество- это совокупность взаимодействующих популяций, занимающих определенную территорию, живой компонент экосистемы. Сообщество функционирует как динамическая единица с различными трофическими уровнями, через него проходит поток энергии и совершается круговорот питательных веществ.
Структура сообщества создается постепенно в течении определенного времени. Примером служит заселение организмами обнаженной горной породы на недавно образовавшемся вулканическом острове. Деревья и кустарники не могут расти на голой скальной породе, так как здесь нет необходимой для них почвы. Однако водоросли и лишайники разным способом попадают на такие территории и заселяют их образуя пионерные сообщества.
Завершающее сообщество - устойчивое, самовозобновляющееся и находящееся в равновесии со средой - наз. климаксным сообществом. примером может служить листопадный лес.
16. Виды отношений организмов в сообществах.
Связи организмов в экосистемах.Ни один организм в природе не сущ. вне связей со средой и другими организмами. Эти связи – основное условие функционирования экосистем. Через них осущ-ется образование цепей питания, регулирование численности организмов и их популяций, реализация механизмов устойчивости систем и др. Взаимосвязи организмов. Самый распространенный тип связей базируется на питании, эти связи назыв. пищевые или трофические. Это питание одного организма другим или продуктами его жизнедеятельности. Связи, основанные на использовании местообитания, назыв. тропические. Они возникают м/у животными и растениями, которые предоставляют им убежище или местообитание. (насекомые прячущиеся к коре деревьев). Форические связи- возникают когда одни организмы участвуют в распространении других или их зачатков. (семян, плодов). Фабрические связи- для них характерно использование одними организмами других или продуктов их жизнедеятельности. Взаимоотношения организмов: Влияние одних организмов на другие в процессе взаимодействия. Эит взаимоотношения можно обозначить знаками «+», «-«, и «0» (положительное, отрицательное, нейтральное). Если взаимоотн-я обеим партнерам выгодны, обозначаются (+, +) и носят название симбиоза или мутуализма.( Пример: микрофлора кишечника) Взаимоотношения, которые положительны для одного вида и отрицательны для другого (+, -) назыв. хищничество и паразитизм. Эти типы взаимоот-ний играют роль в численности организмов. Отрицательные взаимоот-ния (-, -) назыв. конкуренцией. (внутривидовая). Отношения положительные для одного и безразличные для другого партнера (+,0) (менее распространенные) назыв. комменсализм. (акула и сопровождение ее мелкой рыбы.) Взаимоот-я отрицательны для одного организма и безразличны для другого (-, 0), назыв. аменсализм. Отношения, при которых организмы, занимая сходные местообитания, практически не оказывают влияния друг на друга назыв. нейтрализм (0, 0). (Пример белки и лоси в лесу).Экологическая ниша. Каждый вид или его части (популяции) занимают определенное место в окружающей их среде. Например опред. вид животного не может произвольно менять пищевой рацион или время питания, место размножения, убежища. Под экологической нишей понимают обычно место организма в природе и весь образ его жизнедеятельности, включающий отношение к факторам среды, видам, пищи, времени и способам питания, местам размножения, укрытий. Если организмы занимают разные экологические ниши, они не вступают в конкурентные отношения. Отношения рассматриваются как нейтральные. Но в каждой экосистеме имеются виды, которые претендуют на одну и ту же нишу. Тогда неизбежна конкуренция. И сущ. правило «правило конкурентного исключения». Автор его Гаузе. Звучит так: если 2 вида со сходными требованиями к среде *питанию, поведению) вступают в конкурентные отношения, то один из них должен погибнуть либо изменить свой образ жизни и занять новую экологическую нишу.
17. Понятия экосистемы и биогеоценоза. Структура экосистемы.
Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое. Основное свой-во экосистем – способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Выделяют микроэкосистемы (небольшой водоем, ствол дерева в стадии разложения, аквариум, лужица, пока они сущ. и в них присутствуют живые организмы, способные осущ. круговорот в-в.); мезоэкосистемы (лес, пруд, река); макроэкосистемы (океан, континент, природная зона) и глобальная экосистема – биосфера в целом.
Экосистемы включают 2 блока: 1-ый состоит из взаимосвязаных организмов разных видов, он назыв. биоценоз (К. Мебиус), 2-й блок составляет среда обитания – биотоп или экотоп. Каждый биоценоз состоит из множества видов, но виды входят в него не отдельными особями, а популяциями. Популяция –это самовоспроизводящаяся часть особей одного вида в той или иной степени обособленных от особей того же вида; - это совокупность всех живых организмов обитающих на одной территории; -это относительно обособленная часть вида (состоит из особей одного вида), занимающая определенное пространство и способная к саморегулированию и поддержанию оптимальной численности особей, (живущей на определенной территории (ареале)). Ареал – это место обитания вида. Ареал подразделяется на популяцию. Сообщество – это сообщество растений, живых организмов. Под экосистемой понимается любая система, состоящая из живых существ и среды их обитания, объединенных в единое функциональное целое. Основное свой-во экосистем – способность осуществлять круговорот веществ, противостоять внешним воздействиям, производить биологическую продукцию. Универсальное сво-во экосистем –их эмерджентность, заключающееся в том, что сво-ва системы как целого не являются просто суммой сво-в слагающих ее частей или элементов.Энергетические процессы в экосистемахЛюбая экосистема потребляет энергию. Энергия никуда не может деться, может только перейти в другую энергию. И часть рассеивается. Мерой необратимого рассеивания энергии является энтропия. Противоположное энтропии называется негэнтропия- это мера устойчивости системы.
Биогеоценоз- по Сукачеву, включает все блоки и звенья. Это понятие используют к сухопутным системам. В биогеоценозах обязательно есть наличие в качестве основного звена рачстительного сообщества. Примеры биогеоценозов- луга, степи, болота, участки леса. Каждый биогеоценоз мсожет быть назван экосистемой, но не каждая экосистема относится к рангу биогеоценоза.
18. Поток энергии и цепи питания в экосистемах.
Солнечная энергия при потреблении в пищу организмами от 1-го вида, 1 пищевого звена, пищевой цепи к другому.
Начала термодинамики:
энергия не может создаваться заново и исчезать, а только переходить из одной формы в другую.
Процессы связанные с превращениями энергии могут протекать самопроизвольно лишь при условии что энергия переходит из концентрированной формы в рассеянную.
Отличие от энергии к-рая однажды использованная организмом превращается в тепло и теряется, в-ва циркулируют в биосфере - что назыв биохимическим круговоротом.
Энергия не может неоднократно использоваться. Круговороты элементов и в-в осущ-ся за счет саморегулирующих процессах в к-рых участвуют все части экосистем.
Цепи питания: любая экосистема включает несколько трофических (пищевых) уровней. 1-ый уровень – растения. Их назыв. автотрофами. (сам питается) или продуцентами. 2-й животные- гетеротрофы или консументы. Последний уровень представлен микроорганизмами и грибами. Их назыв. редуцентами. Они разлагают органическое в-во до исходных минеральных элементов. Свой-во цепи питания – осуществление биологического круговорота вещ-в и высвобождение запасенной в органическом вещ-ве энергии.
Энергетика экосистем
Живые организмы для своего сущ-ния должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения способны запасать энергию в химических связях в процессе фотосинтеза. Растения в процессе фотосинтеза связывают лишь небольшую часть солнечной энергии. Это всего лишь 1%растения яв. первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания. Основная часть энергии расходуется на жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры) часть энергии переходит в тело организма – потребителя вместе с увеличением массы.
19. Продуктивность экосистем и экологические пирамиды.
Биомасса организмов разных трофических уровней неодинакова. В наземных экосистемах с повышением трофического уровня она убывает, потому что энергия теряется при переходе с одного трофического уровня на другой. Соотношение биомасс организмов разных трофических уровней изображают графически в виде пирамид биомассы.
Наземная экосистема. Водная экосистема.
Биомассу организмов каждого трофического уровня представляют в виде прямоугольника, длина или площадь которого пропорциональны количеству биомассы.
В наземных экосистемах с повышением трофического уровня запас биомассы уменьшается, а в морских – увеличивается. Основной продуцент в этих экосистемах – фитопланктон.
Кроме пирамид биомассы, стоят пирамиды численности. Строят так же пирамиды энергии, которые отражают её переход с одного трофического уровня на другой.
Экопирамида. Правило 10%.
«Все виды образующие пищевую цепь существуют за счет органического в-ва созданного растениями.»
При этом действует важная закономерность связанная с эффективностью использования и превращения энергии.
«Производственная энергия автотрофами (растениями) передается следующей ступени экологической пирамиды в размере 10%».
В дальнейшем от ступени к ступени соблюдаются теже закономерности.
21. Динамика экосистем: виды и механизмы поступательных изменений.
Поступательные изменения более продолжительные и обычно приводят к смене одного биоценоза другим. Они могут быть вызваны:
— изменением природной среды под влиянием жизнедеятельности самих организмов экосистемы;
— установлением стабильных взаимоотношений между видами после их нарушения, например, лесным пожаром, сменой климата или вмешательством людей;
— влиянием человека.
Поступательные изменения называют сукцессией (лат. successio вступление на чье-либо место, преемственность) — саморазвитием экосистемы в результате взаимодействия организмов друг с другом и с абиотической средой. В ходе сукцессии малоустойчивый биоценоз сменяется более устойчивым.
Рассмотрим сукцессии, вызванные жизнедеятельностью самих существ, населяющих экосистему. В процессе жизнедеятельности существа насыщают среду определенными веществами. Среда изменяется и становится более пригодной для жизни других видов, вытесняющих прежние.
Сукцессия голой каменистой местности начинается с выветривания горных пород под действием абиотических факторов — температуры, влажности, солнечного света. Разрушение пород продолжают бактерии, грибы, водоросли, синезеленые, накипные лишайники. Продуцентами органического вещества на начальных этапах являются синезеленые, водоросли лишайников и свободно живущие водоросли. Особенно неприхотливы синезеленые, они способны самостоятельно усваивать азот атмосферы. Пищевая независимость позволяет синезеленым осваивать необитаемые скалы. Их отмирающие организмы обогащают среду азотом.
20. Динамика экосистем: виды и механизмы циклических изменений.
Циклические перемены обусловлены периодическими изменениями в природе — суточными, сезонными и многолетними. Засушливые годы чередуются с влажными, изменяется и численность популяций организмов, приспособленных либо к засухе, либо к увлажненности.
Суточные преобразования в биоценозах обычно выражены тем сильнее, чем значительнее разница температур, влажности и других факторов среды днем и ночью. Так, в песчаных пустынях Средней Азии жизнь летом в полуденные часы замирает. Даже виды с дневной активностью прячутся от жары в норах, в тени саксаула либо на его ветвях (агамы, ящерки). Ночью пустыня оживает. Ночных и сумеречных животных здесь больше, чем дневных. Многие дневные виды летом переходят к ночному образу жизни (большинство змей, пауки, чернотелки). Активно действуют жукикопрофаги, вылетают козодои, домовые сычи, кормятся тушканчики, гекконы, хищничают фаланги, скорпионы, лисицы, корсаки, змеи. Суточные ритмы прослеживаются в сообществах всех зон, от тропиков до тундр. Даже при непрерывном освещении летом в тундре отмечаются суточные ритмы в распускании цветков у растений, питании птиц, в лёте и распределении насекомых и т. п.
Сезонная изменчивость биоценозов выражается в изменении не только состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов в зависимости от циклов их размножения, сезонных миграций, отмирания отдельных генераций в течение года и т. п. На определенное время года многие виды практически полностью выключаются из жизни сообщества, переходя в состояние глубокого покоя (оцепенения, спячки, диапаузы), переживая неблагоприятный период на стадии яиц и семян, перекочевывая или улетая в другие биотопы или географические районы.
Сезонной изменчивости подвержена зачастую и ярусная структура биоценоза: отдельные ярусы растений могут полностью исчезать в соответствующие сезоны года, например, травянистый ярус, состоящий из однолетников.
Сезонные ритмы сообществ наиболее отчетливо выражены в климатических зонах и областях с контрастными условиями лета и зимы. В слабой форме они, однако, прослеживаются даже в тропических дождевых лесах, где длительность дня, температура и режим влажности очень мало меняются в течение года.
Многолетняя изменчивость – нормальное явление в жизни любого биоценоза. Она зависит от изменения по годам метеорологических условий (климатических флюктуации) или других внешних факторов, действующих на сообщество (например, степени разлива рек). Кроме того, многолетняя периодичность может быть связана с особенностями жизненного цикла растенийэдификаторов, с повторением массовых размножений животных или патогенных для растений микроорганизмов и т. д.
22. Распределение жизни и структура биосферы.
Термин биосфера введен в 1875г. Эдуардом Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы, где встречаются живые организмы. По Вернадскому биосфера – все пространство (оболочка Земли), где существуют или существовала жизнь. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время назыв. современной биосферой или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам или белым биосферам (залежи углей, нефти, мел, рудные образования).
Границы биосферы:необиосфера в атмосфере простирается примерно до озонового слоя (у полюсов 8-10 км, у экватора 17-18 км и над остальной поверхностью Земли – 20-25 км) За пределами озонового слоя жизнь невозможна из-за губительных ультрафиолетовых лучей. К необиосфере можно отнести и донные отложения, где возможно существование живых организмов.
Границы палеобиосферыв атмосфере примерно совпадают с необиосферой, под водами к палеобиосфере можно отнести и осадочные породы. Это толщина от сотен метров до десятков километров. В пределах современной, как и белых биосфер, насыщенность жизни неравномерна. На граниже биосферы встречаются лишь случайно занесенные организмы. В пределах основной части биосферы организмы присутствуют постоянно, но не равномерно.
Основные в-ва биосферы: 1) Биосфера- централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы. 2) Биосфера – открытая система.Ее существование невозможно без поступления энергии извне (от солнца, космоса). 3) Биосфера- саморегулирующаяся система.Способная возвращаться в исходное состояние. Принципы Ле-Шателье- Брауна: при действии на систему сил, выводящих ее из состояния устойчивого равновесия, последнее смещается в том направлении, при котором эффект этого воздействия ослабляется. 4) Биосфера- система, характеризующаяся большим разнообразием.Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости биосферы.
Важное свойство Биосферы-наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот в-в и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений.
23. Сущность и значение планетарных биогеохимических круговоротов.
Основная планетарная функция живого вещества на Земле заключается, таким образом, в связывании и запасании солнечной энергии, которая затем идет на поддержание множества других геохимических процессов в биосфере.
За время существования жизни на Земле живое вещество превратило в химическую работу огромное количество солнечной энергии. Значительная часть ее в ходе геологической истории накопилась в связанном виде. Для современной биосферы характерны залежи угля и других органических веществ, образовавшихся в палеозое, мезозое и кайнозое.
В биосфере в результате жизнедеятельности микроорганизмов в больших масштабах осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.). Геологические результаты деятельности этих организмов проявляются в образовании осадочных месторождений серы, образовании в анаэробных условиях залежей сульфидов металлов, а в аэробных – окисление их и перевод в растворимое состояние, возникновение железных и железомарганцевых руд.
За счет жизнедеятельности огромного числа гетеротрофов, в основном грибов, животных и микроорганизмов, происходит гигантская, в масштабах всей Земли, работа по разложению органических остатков. При деструкции органической массы протекают два параллельных процесса: минерализации и образования почвенного гумуса со значительным запасом энергии. Гумус – это основа почвенного плодородия. Его разложение протекает в дальнейшем очень медленно, под влиянием определенной, автохтонной микрофлоры почв, чем достигается постоянство в обеспечении растений элементами минерального питания.
Живое вещество перераспределяет атомы в биосфере. Многие организмы обладают способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на часто ничтожное содержание их в окружающей среде. Например, литотамниевые водоросли накапливают в своих телах до 10 % магния, в раковинах брахиопод содержится около 20 % фосфора, в серных бактериях – до 10 % серы. Многие организмы концентрируют кальций, кремний, натрий, алюминий, иод и т. д. Отмирая и захораниваясь в массе, они образуют скопления этих веществ. Возникают залежи таких соединений, как известняки, бокситы, фосфориты, осадочная железная руда и др. Многие из них человек использует как полезные ископаемые.
24. Основные экологические свойства среды обитания человека.
Атмосфера
Основные источники загрязнения — автомобили и промышленные предприятия. Ежегодно в атмосферу выбрасывается 200 млн тонн угарного и углекислого газа, 150 млн тонн оксидов серы, 50 млн тонн оксидов азота. Кроме того, в атмосферу выбрасывается большое количество мелкодисперсных частиц, образующих так называемый атмосферный аэрозоль. За счет сжигания угля в атмосферу поступают ртуть, мышьяк, свинец, кадмий в количествах, превышающих их вовлечение в круговорот веществ. В воздух поднимается большое количество пыли в экологически грязных районах, которая задерживает 20—50% солнечного света. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере, возросшее за последние 100 лет на 10%, препятствует тепловому излучению в космическое пространство, вызывая парниковый эффект.
Гидросфера
Основной причиной загрязнения водного бассейна является сброс неочищенных сточных вод промышленных и коммунальных предприятий, а также сельскохозяйственных угодий. Смыв в реки минеральных удобрений и ядохимикатов служит причиной ухудшения качества питьевой воды и гибели многих видов водных животных. Возрастает уровень загрязненности Мирового океана с речным стоком, атмосферными осадками, добычей нефти на океанском шельфе. В воду попадает огромное количество свинца, нефти и нефтепродуктов, бытовых отходов, пестицидов.
Литосфера
Плодородный слой почвы формируется длительное время, а благодаря выращиванию сельскохозяйственных культур из почвы ежегодно изымаются десятки миллионов тонн калия, фосфора и азота — основных элементов питания растений. Истощения почвы не происходит, если вносятся органические и минеральные удобрения. Если же не проводится подкормка растений и не соблюдается севооборот, то плодородный слой сокращается до минимума. Неблагоприятное воздействие оказывает и искусственное орошение почв, так как чаще всего происходит заболачивание или засоление поверхностного слоя почвы. В числе антропогенных изменений почвы большое значение имеет эрозия — разрушение и снос верхнего плодородного слоя почвы. Трактор К-700 за один сезон превращает в пыль слой почвы, на образование которого требуется 5 лет. Существует ветровая и водная эрозия. Водная эрозия наиболее разрушительна, развивается при неправильной обработке земли.
Экологический кризис
Экологический кризис — это нарушение взаимосвязей внутри экосистемы или необратимые явления в биосфере, вызванные деятельностью человека. По степени угрозы для жизни человека и развития общества различают неблагоприятную экологическую ситуацию, экологическое бедствие и экологическую катастрофу.
25. Глобальные проблемы человечества, пути их решения.
1. Человек в отличие от всех иных видов живого использует не только энергию Солнца, но и расходует накопленные в прошлые геологические эпохи уголь, нефть, полезные ископаемые. Загрязнения окружающей среды проявляется в изменении химического состава воды, воздуха, почвы и т.д. Проблема №1: “парниковый эффект” Þ увеличение углекислого газа в атмосфере в следствие сжигания ископаемое топливо Þ разрушение озонного слоя. Проблема №2: Загрязнение окружающей Среды Þ ухудшения здоровья людей Þ раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, злокачественные опухоли.
Основные антропогенные причины ухудшения физико-химической структуры грунтов.
Основными антропогенными факторами, влияющими на ухудшение физико-химической структуры почв являются такие действия как:
распашка земель, возделывание непригодных для обработки почв и земель
вырубка лесов и открытая разработка полезных ископаемых без проведения адекватных лесовосстановительных работ;
строительство, быстрый рост и высокая плотность населения;
сверхинтенсивное использования пастбищ;
неправильное управление почвенными и водными ресурсами, ведущее к усилению эрозии, засолению и заболачиванию почв;
Человечество достигло небывалых успехов в развитии науки и техники, вырвалось за пределы земного тяготения, но по-прежнему его существование зависит от тонкой пленки, покрывающей часть суши - почвы. Ее толщина колеблется от 2м до 1,5-2см.
Почва - это природное образование, обладающее рядом свойств, присущих живой и неживой природе. Важнейшее из свойств почвы - это плодородие, связанное с наличием в ней гумуса и воды.
Очень широкие масштабы приняло загрязнение земли. Как часто встречаются участки, покрытые остатками строительных деталей: панелей, блоков, кирпичей, заваленные золой, шлаками. В районах нефтебаз земли покрыта слоем мазута, нефти, смазочных материалов.
Все больше и больше занимает мусор не только в городе, но и в сельских районах. Причем он может быть загрязнителем почвы и воды. Детали от машин, брошенные на почве, С/Х техника, находящаяся под открытым небом, и просто лежащая где попало - все это подвергается коррозии, в результате чего железо и другие металлы попадает в почву. Таким образом, в почве накапливаются соединения мышьяка, ртути, меди и др. Сернистый ангидрид попадает в почву и значительно подкисляет ее, что вынуждает фермеров вносить больше извести. В 70-х годах в ФРГ вносили
54кг/га, а 1982-83гг - 170кг/га.
Поблизости от автомобильных трасс в почве наблюдается повышенное содержание свинца. Широко распространено загрязнение почвы нефтепродуктами. В почву могут попасть пестициды. Наконец, даже минеральные удобрения могут нанести почве ущерб, особенно при внесении их без учета конкретных особенностей данного поля. Растения не всегда могут использовать все питательные вещества удобрений. По данным академика ВАСХНИЛ В.Виноградова из всего внесенного в почву азота в составе минеральных удобрений 16-20%, а иногда 50% не усваиваются.
Опасность загрязнения почвы состоит не только в изменении ее физико-химических свойств. Посторонние вещества, попадая в почву, разрушают сложившиеся связи между отдельными группами почвенного биоценоза. Разрушаются сложившиеся трофические цепи. Все это конечном счете сказывается на плодородии. Бытовые и животноводческие сточные воды загрязняют почву болезнетворными бактериями.
Засолением называют процесс накопления солей натрия, кальция, магния в верхнем слое почвы в концентрациях недопустимых для нормального роста и развития растений. Широкое распространение оно получило в Египте, Ираке, Индии, Пакистане и в других засушливых странах. Наибольшее засоление почв в бывшем СССР происходит на орошаемых землях Средней Азии и Закавказья.
Даже при слабом засолении урожайность хлопчатника уменьшается на 20-30%, кукурузы на 40-50%, а пшеницы на 50-60%.
Вследствие переувлажнения в ряде районов Нечерноземной зоны, на Урале, в Прибалтике, Белоруссии получило распространение заболачивание почв. Оно наблюдается и в других районах страны вблизи каналов, водохранилищ. Для осушения заболоченных земель делаются щелевые дрены, нарезаемые в грунте.
Мелиорация заболоченных земель должна осуществляться с учетом защиты природных ресурсов от истощения и нежелательных и отрицательных воздействий на природу Нечерноземья.
26. Международные экологические организации и экологическое право.
Международное сотрудничество по вопросам охраны окружающей среды возглавляет ЮНЕСКО. В 1972 году ею была разработана Межправительственная программа ООН по окружающей среде. Она оказывает помощь в развитии экологического образования. Ведёт учёт и организует охрану природных объектов, отнесённых к всемирному наследию.
Международный союз охраны природы и природных ресурсов (МСОП). Его сфера деятельности – сохранение естественных экосистем, сохранение редких и исчезающих видов растений и животных, а также памятников природы, организация заповедников и национальных парков. Экологическое просвещение.
Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ). Сфера деятельности – Организация санитарно - эпидемиологического мониторинга окружающей среды. Проведение санитарно – гигиенической экспертизы и оценка качества окружающей среды.
Международное агентство по атомной энергии (МАГАТЭ). Сфера деятельности – разработка правил строительства и эксплуатации АЭС. Установка норм радиационной безопасности. Оценка воздействия радиоактивных материалов на окружающую среду.
Международная морская организация (ИМО). Разработка международных конвенций об охране моря от загрязнения.
Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН (ФАО). Сфера деятельности – решение экологических проблем в сельском хозяйстве. Охрана и использование земель, водных ресурсов, лесов, животного мира, биологических ресурсов океана.