Раздел 1. Тезисы установочных лекций

1 Лекция.

Тема: Введение в общую экологию. Основные термины и понятия

1. Экология - это наука о взаимодействии живых организмов со средой их обитания.

Классическая экология выросла из биологии. Современная экология базируется на данных таких наук, как химия, физика, математика, геология, география и т.д. (Экология вобрала в себя данные этих наук.)

Биология Экология

химия, физика, математика, геология, и т.д.

2. Земля, как любая планета, имеет состоящую из нескольких частей оболочку. Оболочка Земли образована сферами. По направлению из космоса к центру Земли выделяют следующие сферы: атмосферу( воздушная оболочка Земли) , гидросферу (водная оболочка), литосферу (земная кора ) - (внешние оболочки), а также мантию (внутреннюю оболочку)и ядро.

3. Примерно 3,4 - 4,5 млрд. лет назад в оболочке Земли возникла тонкая жизненная пленка - биосфера. Биосфера (от лат. «биос» - жизнь) - это область существования живых организмов. Это геологическая оболочка Земли вместе с населяющими ее живыми организмами: животными, растениями, микроорганизмами.

4. Эволюция биосферы - образование жизни из неживой материи. В настоящее время выделяют новое состояние, возникшее в результате эволюции биосферы биотехносферу. Биотехносфера - новое состояние биосферы, возникшее в результате изменения природной среды человеком.

Человек при помощи разума должен сбалансировать процессы между обществом и средой. Тогда, согласно учению выдающего русского ученого Владимира Ивановича Вернадского, произойдет постепенное превращение биосферы в ноосферу - сферу разума, высшую стадию развития биосферы, этап развития биосферы, характеризующийся разумным регулированием взаимоотношения человека и природы.

5. Элементарной структурной единицей биосферы является биогеоценоз. Биогеоценоз - это совокупность на определенном участке земной поверхности компонентов живой и неживой природы, обменивающихся веществом и энергией как между собой, так и с другими явлениями природы.

Экосистемой называется безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов природы, в которой осуществляется внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.

6. В любом биогеоценозе можно выделить две составляющие:

1. совокупность факторов живой природы – биотоп, и экотоп - состав воздуха, почвы, рельеф местности и т.д.;

2. совокупность живых организмов, населяющих биотоп - биоценоз.

Совокупность биогеоценозов образует биом - более крупную единицу биосферы. Биом - совокупность биоценозов, между которыми происходит интенсивный обмен веществом и энергией. Пр.: тайга, тундра)

7. В биосфере осуществляется непрерывный круговорот веществ и энергии. Органическое вещество на Земле образуется в основном зелеными растениями под воздействием солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Фотосинтез - это химическая реакция образования органического вещества и свободного кислорода из простых неорганических веществ под воздействием энергии Солнца. При этом энергии солнечного излучения преобразуется в энергию химических связей, т.е. происходит накопление энергии в органическом веществе.

8. Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но эта энергия недоступна для непосредственного использования в реакциях, протекающих в живых тканях. Дыхание - это процесс, обратный фотосинтезу, при котором энергия органического вещества переводится в активную форму и может быть использована организмом.

9. Кроме растений, синтез органического вещества присущ некоторым бактериям. Хемосинтез - синтез органического вещества бактериями, сопровождающийся окислением простых неорганических веществ.

10. Не все живые организмы способны получать энергию непосредственно от Солнца. Живые организмы образуют цепи питания - трофические цепи (от лат. «трофе» - питаюсь). Перенос энергии пищи от ее источника - растений - через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется трофической (пищевой) цепью. По положению в трофической цепи организмы делятся на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты создают первичное органические вещество, продуцируя его из неорганического. Консументы - это организмы, питающиеся созданным продуцентами органическим веществом. Редуценты перерабатывают отходы жизнедеятельности продуцентов и консументов, образуя замкнутый цикл органического вещества.

11. По трофической цепи происходит передача энергии Солнца от продуцентов к другим звеньям. При этом усваиваемая растениями энергия Солнца переходит в энергию связей органического вещества. Организмы-потребители (консументы) питаются органическим веществом продуцентов и усваивают энергию их органического вещества, часть которой расходуется на построения собственного органического вещества, а часть рассеивается в процессах дыхания, теплообмена, движения и т.д. При помощи пищевых цепей в экосистеме образуется непрерывный поток энергии. В процессе этого некоторая часть энергии рассеивается (теряется) в виде тепла, поэтому необходима постоянная компенсация рассеянной энергии от Солнца.

12. В процессе жизнедеятельности живых организмов в экосистеме создается и расходуется живое (органическое) вещество. Продуктивность экосистемы - это масса живого вещества, образованного в единицу времени на единице поверхности. Выделяют первичную продуктивность – продуктивность продуцентов, вторичную продуктивность – консументов. Первичная продуктивность продуцентов 0,5 % от количества солнечной энергии. Вторичная продуктивность (масса растительноядных) будет еще ниже, составлять всего 1 % от первичной. При дальнейшем перемещении по трофической цепи происходит дальнейшее снижение энергии. Поэтому на 1 кг веса растительноядного животного расходуется около 70-90 кг травы.

13. Продуктивность измеряется в единицах энергии, массы или в числах (количестве животных). Графическое отображение соотношения продуктивности различных звеньев трофической цепи представляет собой пирамиду. Различают пирамиды массы, энергии и чисел. Различают пирамиды массы, энергии и чисел.

Массы: 80000кг растений  1000 кг говядины  50 кг чел.

Энергии: 210⁹кДж солнечной энергии  10⁷кДж растений(0,05%)  10⁵кДж говядины  10³кДж чел.

Чисел: 310⁷(30 млн.) травинок  3 коровы  1 чел.

Для человека энергетически более выгодно растительное питания и наиболее дорого-использование в пищу хищных видов. Так, с энергетической точки зрения 1 кг окуня или щуки обходится природе в 7 раз дороже, чем 1 кг говядины. Отсюда видно преимущество традиционного разведения растительноядных видов (свиньи, куры, коровы). У них перевод энергии пищи в собственную биомассу выше, чем у хищников.

14. Если бы не было круговорота веществ, то постепенно все ресурсы неорганических веществ перешли бы в массу мертвой органики. Этого не происходит, так как все химические элементы циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организм и опять во внешнюю среду. Выделяют следующие виды круговоротов: Биогеохимический цикл - это большой круговорот химических веществ через неживую природу и живые организмы называется («био» здесь относится к живым организмам, а «гео» - к горным породам, почве, воздуху и воде).

1) Геологический круговорот длится сотни тысяч или млн. лет. Включает процессы разрушения горных пород, выветривания продуктов, снесение их потоками в Мировой океан, образование морских пластов, лишь частично возвращаемых на сушу с осадками, с извлекаемыми водными организмами, крупные медленные процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещение морей и океанов, сопровождающееся возвращением пластов на сушу и повторением процессов.

Вещества, вовлеченные в геологический круговорот, находятся в резерве по отношению к живым организмам, т.е. составляют резервный фонд. «Резервный фонд» - большая масса медленно движущегося вещества, вовлеченного в геологический круговорот и не связанного с живыми организмами.

15. 2) Малый круговорот - часть большого на уровне биогеоценоза: питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в растениях, расходуются на построение тела и жизненные процессы растений, затем животных, образующиеся продукты распада органического вещества разлагаются редуцентами до минеральных компонентов и вновь вовлекаются в поток веществ (трофические цепи):

продуценты перв.консументы втор.консументы

мин.вещества редуценты

Скорость биотического круговорота в сотни тысяч и млн. раз больше, чем геологического, т.к. все биологические превращения катализируются ферментами, которые в сотни тысяч и млн. раз активнее неорганических катализаторов. Вещества, вовлеченные в малый круговорот, доступны живым организмам и составляют «обменный фонд» - сравнительно небольшое количество вещества, для которого характерен быстрый обмен между организмами и окружающей средой.

Круговорот углерода: Углеродный скелет является основой всех органических веществ. Резервом углерода являются минеральные отложения (карбонаты и ископаемые виды топлива) и небольшой, но активный фонд в атмосфере (СО₂).