1. Предмет и задачи экологии

Термин «экология» предложен экологом Эрнстом Геккелем в 1866г. Экология (от греческого ойкос-дом и логос-учение, наука) - наука, изучающая совокупность и характер связей между живыми организмами и окружающей средой. В идеале она стремится раскрыть и познать все многообразие взаимосвязей между населяющими нашу планету животными, растениями и средой их обитания. Экология как наука основана на биологии (зоология, генетика, биофизика) и связана с математикой, физической химией, геологией, географией. Экология подразделяется на аутэкологию-взаимодействие отдельных особей иногда отдельных групп особей в пределах одного вида со средой обитания и синэкологию -взаимоотношения разных видов, популяций со всеми остальными компонентами системы.

Задачи экологии:

1.исследование закономерностей организации жизни в связи с антропогенным воздействием на природные системы и биосферу в целом;

2.создание научной основы рациональной эксплуатации биологических ресурсов;

3.прогнозирование изменений природы под влиянием деятельности человека;

4.управление процессами, протекающими в биосфере, сохранение среды обитания человека;

5.регуляция численности популяций;

6.разработка систем мероприят-ий,обеспечивающих минимальн-ое применение хим. средств борьбы с вредными видами;

7.восстановление нарушенных природных систем, рекультивация земель, восстановление пастбищ;

8. сохранение заповедных уч-ов биосферы.

Задачи экологии для инженеров:

1. оптимизация технолог., проектно-конструктор., инженерн. решений, исходящий из минимального ущерба окружающей среде и здоровью человека;

2.прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий и проектируемых предприятий для окружающей среды.

3.своевременное выявление и корректировка конкретных техногол. Процессов отрицательно влияющих на окружающую среду.

Инженер должен обладать экологическим мышлением.

2. История развития экологии. Место экологии как естественной науки. В период античной природы достигалось гармоническое единство, при котором веще, боги, люди – все едино, гармонично и естественно. Природа для античного мира – то, что имеет причину своего существования в себе. В средневековье отношение к природе меняется. Мир делится на небесный и подлунный. Впервые человек получает право господствовать над природой. Христианство установило дуализм человека и природы. Воля божья такова, что человек эксплуатировал природу рада своих целей. В эпоху Ренессанса – язык природа был одновременная языком теологии, поэзии, изо. Леонардо да Винчи описывает природу, как организм, обладающий живой душой. В эпоху возрождения человека возвеличивают наделяют его живой душой. С возвеличиванием разума происходило принижение природы. Д. Юм считал, что живая ткань природы – проекция разума, обезбоженная природа- чужда каждому человеку. В эпоху нового времени и источником феноменального порядка стал человек. Благодаря деятельности Галилея, Декарта, Бэкона, природа рассматривается сквозь призму технического эксперимента и сама становится машиной. – она уподобляется части механики. Считалось , что природой управляют неизменимые законы, физические тела состоят из инертной костной материи, физ тела не могут мыслить. На Руси в Своде законов Ярослава Мудрого была установка на правила охраны охотничьих и бортнических угодий. В 16-18 века выделялись территории, на которых были запрещены хоз вырубки. В эпоху Петра 1 было создано > 60 природоохранных указов. Петр 1 способствовал изучению природных ресурсов России. Просветители 18 века считала, природу инструментом и механизмом, созд Богом. С помощью экспериментов познается природа. Антуан Левенгук изучал пищевые цепи и регуляц численности. Создаются механистические модели мира. (17 – 20 веков). В Москве – общество испытателей природы, там охрана за редкими видами. Природа – саморазвивающ целостность, вкл человека. Большой вклад в развитие экологии внес Чарльз Дарвин, особенно в обл эволюции орг мира. Геккель в 1886г дал определение экологии как науки. В дальнейшем были приняты попытки описательных экспериментальных подходов к пониманию равновесия в экосистемах. На первом всероссийском съезде по охране природы 1929г была принята концепция по единой системе мероприятий, направленных на защиту, развитие качественного обогащения и рацион использование природных фондов страны. Гаузе изучал трофические связи в виде потоков энергии, он выявил принцип конкурентного исключения популяций в одной экологич нише. Тенсли ввел понятие экосистемы, как функциональной границы системы. и тд. За время существования СССР были приняты законы об охране природы, разработан подход к природе как к среде обитания человека. В 80- х гг бяло выявлено, что популяции экосистемы обладают способностью к самовоспроизведению и эволюции. Большую роль в развитие экологии как науки сыграли работы Вернадского. Он ввел понятие биосферы, предложил концепцию ноосферы. До 1970г экология рассматривалась, как подразделение биологии. Действит она выросла из биологии, далее сформировалась в интегральную дисциплину., связ физ, хим, биол явления и обрзующ общий мост между естествен и обществ науками.

3.Экологические законы б. Коммонера.

1.Все связано со всем (закон об экосистемах и биосфере, биосфера общий дом, все взаимосвязано).

2. За все надо платить- всеобщий закон рационального природопользования: платить энергией за очистку отходов, удобрением за повышение урожая, санаториями и лекарствами за улучшение здоровья человека и т.п.

3. Все надо куда-то девать. (Необходимо уменьшать кол-во отходов и по возможности исключать их из биосферного цикла).

4.Природа знает лучше (нельзя покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, не забывать: человек – дитя природы, а не ее властелин).

Согласно им, глобальная экосистема представляет собой единое целое, в рамках которого ничего не может быть выиграно или потеряно и которое не может явиться объектом всеобщего улучшения; все, что может быть извлечено из глобальной экосистемы человеческим трудом, должно быть возмещено

4. Значение экологии Роль экологии неизмеримо возросла во второй половине двадцатого века, так как произошло фоновое загрязнение природы промышленными выбросами, отходами и продуктами агрохимии. Вследствие интенсивного неблагоприятного антропогенного воздействия на окр среду. В значительной мере уменьшилось видовое разнообразие флоры и фауны. Практическое значение экологии. На современном этапе развития человеческого общества, когда в результате научно-технической революции усилилось его воздействие на биосферу, практическое значение Э. необычайно возросло. Э. должна служить научной базой любых мероприятий по использованию и охране природных ресурсов, по сохранению среды в благоприятном для обитания человека состоянии. Познание основных принципов трансформации вещества и энергии в природных экосистемах создаёт теоретическую основу для разработки практических мероприятий по увеличению количества и качества пищевых продуктов, производимых в биосфере. Исследования природных механизмов регуляции численности популяций служат основой планирования и разработки систем мероприятий по управлению численностью экономически важных видов. Знание основных факторов динамики популяции необходимо для ведения борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, с переносчиками и хранителями заболеваний. Так, достижения Э. позволяют перестроить систему борьбы с вредителями сельского и лесного хозяйства, перейдя от попыток их полного истребления с помощью пестицидов широкого действия, наносящего большой вред всему биогеоценозу, к действительной регуляции численности определённых видов биологическими и агротехническими методами и только ограниченно - химическими. Э. служит теоретической основой для разработки мер по переходу от промысла диких видов растений и животных к их культивированию и к другим формам более рационального их использования. На данных Э. основное рациональное ведение рыболовства, рыбоводства и охотничьего хозяйства. Э. изучает взаимодействие сельскохозяйственных и природных экосистем, сочетания окультуренных и естественных ландшафтов. Одна из важнейших практических задач Э. - изучение эвтрофирования внутренних водоёмов, возникающего в результате нарушения их биологического и гидрохимического режима, приводящего к неблагоприятным для человека последствиям: массовому развитию планктонных синезелёных водорослей ("цветению воды"), исчезновению ценных пород рыб, ухудшению качества воды. Разработка мер по охране и рациональному использованию дикой природы, создание сети заповедников, заказников и национальных парков, планирование ландшафта также производятся по рекомендациям, разрабатываемым экологами.

5. Экосистема – основное понятие экологии. Эмерджентность экосистем. Экосистемы – основные функциональные единицы в экологии, в которые входят популяции или сообщества в среде обитания. Экосистема – совокупность жив организмов, взаимод друг с другом и окружающей средой посредством обмена веществом и энергией. Экосистема по Тенсли (он первый предложил этот термин в 1935) - «совокупность комплексов организмов с комплексом физ факторов его окружения т.е факторов местообитания в широком смысле». Все природные экосистемы связаны между собой и образуют живую оболочку Земли – биосферу. Между экосистемами нет четких границ и одна экосистема, постепенно переходит в другую. Принцип эмерджентности- по мере объединения экосистем возникают новые свойства, отсутствующие ранее. Т.е свойства целого нельзя свести к сумме его частей. (с помощью данных полученных в экосистеме нельзя объяснить процессы, проходящие в биосфере). Эмерджентные свойства возникают в результате взаимодействия компонентов, а не явл результатом их суммирования.

6. Типы экосистем. Наземные и водные экосистемы. Экосистема- совокупность жив организмов, взаимод друг с другом и окружающей средой посредством обмена веществом и энергией. Они делятся на естественные, сформированные в результате процессов эволюции видов и изменения климата и почв, и искусственные, созданные человеком. И природные и антропогенные экосистемы различаются по источнику энергии, который обеспечивает их жизнедеятельность. Автотрофные – такие экосист находятся на энергетическом самообеспечении. Они разделяются на фототрофные – потребл солн энергию и хемотрофные – использующие хим энергию окисления аммиака, соединений серы, железа и т.д. Гетеротрофные – такие экосистемы получают энергию, уже накопленную ранее организмами других экосистем, или созданными человеком энергетическими устройствами. Экосистемы также делят на 2 больших типа 1. наземные 2. водные Наземные: биогеоценозы, биоценотические комплексы, ландшафты, биомы, биосфера. Биомы – тундра, хвойные леса, листопадные лиса умеренного пояса, степи, саванны, дождливая зима и засушливое лето, вечнозеленые тропические леса. ВОДНЫЕ: пресноводные (лотические (текучие), болота, лентические (стощие)), морские (эстуарии (устья рек), открытый океан, воды континентального шельфа, апвелленг (районы продуктивного рыболовства)). Водные организмы: (1) донные – бентос (2) околодонные – перекитон (3) плавающие микроорганизмы – планктон (4) плавающие крупные – нектон (5) околоповерхностные – нейстон.

В воде есть ливническая зона, зона, куда проникает свет и профундальная зона – не проникает солнечный свет.

7. Энергия в экосистемах. Хемосинтез и фотосинтез. Энергия получается в виде света с поверхности Земли в форме невидимого теплового излучения. Экосистемы по типу получаемой энергии делятся на автотрофные и гетеротрофные. Автотрофные – такие экосист находятся на энергетическом самообеспечении. Они разделяются на фототрофные – потребл солн энергию и хемотрофные – использующие хим энергию окисления аммиака, соединений серы, железа и т.д. Гетеротрофные – такие экосистемы получают энергию, уже накопленную ранее организмами других экосистем, или созданными человеком энергетическими устройствами. Хемосинтез- тип питания, свойственный некоторым микроорганизмам, способным создавать органические вещества из неорганических (угольной кислоты и воды) за счет энергии, получаемой при окислении ими других неорганических веществ (напр., аммиака, сероводорода: 6СО2+12Н2S== С6Н12О6+6Н2О+12S). Фотосинтез – у растений и некоторых микроорганизмов: биологический процесс превращения лучистой энергии солнца в органическую (химическую) энергию. Жизнь на земле существует за счет солнечной энергии. Свет – единственный на земле пищевой ресурс, энергия которого в процессе с водой рождает процесс – фотосинтез. (6Н20 +6СO2 == C6H12O6 + 6O2). Фотосинтезирующие растения создают органическое вещество, которым питаются все остальные организмы. Энергия передается от организма к организму, создающих пищевую цепь.

8. Помехи в экосистемах. Гомеостатическое плато. Гомеостаз – способность биологических систем – организма, популяций, экосистем – противостоять изменениям и сохранять равновесие. Исходя из кибернетической природы экосистем – гомеостатический механизм – это обратная связь. Для управления экосистемами не требуется регуляция из вне – это саморегулирующая экосистема. Саморегулирующий гомеостаз на экосистемном уровне обеспечен множеством самоуправляющих механизмов. Положительная обратная связь «усиливает отклонение», например чрезмерно увеличивает популяцию жертвы. Отрицательная- «уменьшает отклонение», например ограничивает рост популяции жертвы, за счет роста популяции хищников. Если в эту систему не вмешиваются другие факторы (например, человек уничтожил хищника) то результат саморегуляции будет описываться гомеостатическим плато – областью отрицательных связей, а при нарушении системы начинают преобл обратные положительные связи, что может привести к гибели системы. Наиболее устойчивая и самая крупная – биосфера, а наиболее неустойчивые – молодые экосистемы. Т.к в больших экосистемах создается саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия веществ и потоков энергии.

9. Биологическая продуктивность экосистем. Продуктивность экосистемы –скорость, с которой продуценты усваивают лучистую энергию в процессе фотосинтеза и хемосинтеза, образуя органическое вещество, которое затем может быть использовано в качестве пищи. За счет солнечной энергии, углекислого газа и элементов минерального питания экосистемы производят древесину, листовую массу, плоды, животную биомассу. Производительность эк/сис, измеряемая кол-вом органического вещества, которое создано за ед-цу времени на ед-цу площади, называется биологической продуктивностью эк/сис.(измеряется г/м2/день, кг/м2/год,т/км2/год.

Первичная продуктивность, которую создают растения , подразделяется на валовую продукцию - общее кол-во созданного органического вещества и чистую продукцию – прибавка органического вещества в растениях (то, что осталось после расходов на дыхание и корневые выделения)

Вторичная продуктивность, (используют первичную продукцию) которую создают гетеротрофы в результате переработки растительной и животной биомассы. Все живые компоненты экосистем – продуценты, консументы и редуценты – составляют общую биомассу сообщества. В стабильных сообществах практически вся продукция тратится в трофических сетях и биомасса остается постоянной.

10. Биологические пирамиды. Функциональные взаимосвязи, т.е трофическую структуру, можно изобразить графически, в виде биологических пирамид. Основанием пирамиды служит уровень продуцентов, а последующие уровни питания образуют этажи и вершину пирамиды. Известны 3 типа экологических пирамид: 1 – пирамида чисел – отражающая численность организмов на каждом уровне (пирамида Элтона), закономерность: количество особей, составляющих последовательный ряд звеньев от продуцентов к консументам, неуклонно уменьшается. В основе этой закономерности тот факт, что для уравновешивания массы большого тела нужно много маленьких тел и еще – от низшим трофическим уровням к высшим теряется много энергии; 2 – пирамида биомассы – характеризующая массу живого вещества – общий сухой вес, калорийность и т.д. (она четко указывает на количество всего живого вещества на новом трофическом уровне) правило пирамиды биомасс суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников (для океана наоборот – пирамида - перевернутая); 3 – пирамида продукции (или энергии), имеющая универсальный характер, показывающая изменение первичной продукции (или энергии) на последовательных троф уровнях. Правило пирамиды продукции: на каждом предыдущем трофическом уровне количество биомассы, создаваемой за единицу времени, больше, чем на последующем.

11. Экологическая сукцессия. Сукцессия – последовательная смена , преемственно возникающая на одной и той же территории (биотопе) под влиянием природных факторов (в том числе внутренних противоречий самих биоценозов) или воздействия человека. Изменения в сообществе в рез-те сукцессии носят закономерных характер и обусловлены взаимодействием организмов между собой и с окружающей абиотической средой. Экологич сукцессия происходит в определенный отрезок времени, в который изменяется видовая структура сообщества и абиотическая среда его существования вплоть до кульминации его развития – возникновения стабилизированной системы. Такую стабилизир систему называют климаксом. В более узком смысле сукцессия – последовательность сообществ, сменяющих друг друга в данной районе. Для возникновения сукцессии необходимо свободное пространство. В зависимости от первоначального состояния субстрата, различают первичную и вторичную сукцессии. Первичная сукцессия (ок 1000 лет) – формирование сообществ начинается на первоначально свободном субстрате. Позволяет проследить формирование сообществ с самого начала (зарастание еловым лесом северных территорий нашей страны, эвтрофикация – «старение» озерных экосистем ). Вторичная (150-250 лет) – последовательная смена одного сообщества существовавшего на данном субстрате, другим, более совершенным для данных абиотических условий. Она, как правило, является следствием деятельности человека (цветение водоемов – обилие фосфора, реже азота, инога – углерода и кремния).

12. Биогеоценоз. Структура Биогеоценоза. Биогеоценоз – это совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений (атмосферы, горной породы, растительности, животного мира и мира микроорганизмов, почвы и гидрологических условий), имеющая свою особую специфику взаимодействия этих слагающих ее компонентов и определенный тип обмена веществами и энергией между собой и другими явлениями природы и представляющая собой внутреннее противоречивое единство, находящееся в постоянном движении, развитии. (короче – обитающие на суше). СТРУКТУРА: компоненты – биотоп – однородный участок земной поверхности, занятый одним биоценозом (климатопы, эдатопы), биоценоз –совокупность популяций всех видов живых организмов, населяющих определенную географическую территорию, отл от других соседних территорий по химическому составу почв, вод и т.д. (фитоценоз, зооценоз, микробоценоз). Между всеми компонентами существует тесная взаимозав., и тесная взаимосвязь. Границы биогеоценоза определяются по фитоценозу (важнейший компонент). Виды, которые занимают ведущее место в биоценозе – ДОМЕНАНТЫ. Степень доменирования – это отношение числа особей 1го вида к числу особей в сообществе. Виды - эдификаторы – создают среду для всего сообщества. Без этих видов условия среды меняются

13.Экологические факторы. Абиотические факторы. Экологические факторы – любой элемент среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействия на живые организмы, хотя бы на протяжении одной из фаз их индивидуального развития. Среда – часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое влияние или косвенное воздействие – воздух, вода, почва (гумус – плодородный слой, содержащий остатки живых организмов – слагается из детрита, т.е. мертвого органического вещества). Абиотические факторы – факторы неживой природы. Экологические факторы – абиотические (климатические, почвенные, факторы водной среды, факторы рельефа (топографические, ораграфические), огонь (пожары)), факторы питания, биотические факторы (живой природы) – фитогенные (растения), зоогенные, микробогенные.

14. Климатические факторы, почвенные факторы, факторы водной среды, орографические факторы, пожары. Факторы питания. Климат – многолетний статистический режим, характерный для данной местности в силу ее географического положения. Основные элементы климата – атмосферное давление, направление и скорость ветра, температура и влажность воздуха, количество осадков и т.д. Основные процессы формирования климатических условий на Земле создаются в результате следующих основных, взаимосвязанных циклов геофизических процессов глобального масштаба: теплооборота, влагооборота, общей циркуляции атмосферы. Теплооборот – слагается из потока к земле электромагн солнечной радиации, лучистая энергия которой при поглощении радиации в атмосфере и на земной поверхности переходит в теплоту. Влагооборот –испарение воды в атмосферу с водоемов и суши, включая и транспирацию растений, в переносе водяного пара в высокие слои атмосферы, общей циркуляции атмосферы. Влажность атмосферы – чем выше темп тем больше влажность. Разность между максимальным и мин значением влажности – дефицит влажности. Чем выше дефицит влажности, тем теплее. Освещенность – Лучистая энергия, поступающая от солнца распростр в виде электромагн волн. Солнечная радиация не только поглащается, но и отражается. Снег 80-95%, чернозем -5%. Свет имеет сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптирующие реакции организма, например фотопериод – реакция организма на продолжительность светового дня. Ветер – движение возд масс.Причины возникновение –земной нагрев поверхности, связанный с переменой давления. Почва – рыхлый поверхностный горизонт, способный производить урожай растений. 1 слой – детрит, 2- гумусный слой, 3 – подзолистый слой, 4 – аллювиальный, 5 – материнская порода. В почве имеются живые макро и микро организмы. Фауна – дождевые черви, мокрицы, земляные клещи; флора – грибы, бактерии, водоросли. Вода в почве находится в свободном состоянии, связанном, капиллярном и парообразном виде. Отношение массы всей воды в почве, к массе ее твердой компоненты * 100%, называется влажностью. Частицы почвы связаны молекулярными силами, в зависимости от этого м-у частицами почвы образ разные структуры. Важнейшие характеристики – состав, содержание влаги, песчаника, глины, суглинка, механические и химические свойства. Плодородие определяется содержание гумуса, который образ в результате разложения детрита. Гумус – совокупность фенольных соединений, эфиров, карбоновых кислот. Осуществл процессы хемосинтеза, биосинтеза. Органические вещества вырабатываются растениями при использовании минир солей, солнечной энергии и воды. Среди бактерий важную роль играют азотофиксирующие. В присутствии кислорода они окисляют NH3 до солей азотистой кислоты. В отсутствии кислорода – денитрификация, т.е восстановление до N2. Факторы водной среды: 1 – прозрачность. Влияет на фотосинтез зеленых растений – фитопланктон. 2 – подвижность. Постоянное перемещение водных масс в пространстве, способствующее поддержанию относительной намоченности. 3- соленость – карбонатная, сульфатная, хлоридная. В водной среде – кислород – лимитир фактор, т.к растворимость его в воде невелика, конц его зависит от солености. Орографические – рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона, УПСЛ. ФАКТОРЫ ПИТАНИЯ: (1) качество пищи (2) количество пищи. Пищевой ресурс – любой потребляемый компонент среды, который может быть отнят одним организмом у другого. Макроэлементы – нужны в большом количестве – P, N, C, K, Ca, S, Mg. Микроэлементы – Fe, Mg, Cu, Zn, B, Cr, Cl – нужны в небольшом количестве. Эти элементы необходимы для питания растений. Для животных – важно количество пищи. Жив. делятся на фитофаги (растения), зоофаги (питание животных), детритофаги (земляной червь), копрофаги (дерьмо), некрофаги. Полифаги – все едят, олифаги – паразиты, хищники. Монофаги – едят один вид пищи. Реппеленты – вещества, выделяемые живыми организмами, чтобы их не съели. Аттрактанты – вещества, привлекающие к себе. Пожары – верховые и низовые. Верховые пожары уничтожают всю растительность и большинство животных. Низовые – обладают избирательностью, способствуют развитию адаптации организмов к огню, стимулируют разлагающую деятельность бактерий, ослабляют опасность верховых пожаров, увеличение видового разнообразия.

15. Биотические факторы. Б.ф – различные формы взаимоотношения между особями (внутривидовые) и популяциями (межвидовые). Внутривидовые взаимодействия: жизнеспособност популяции зависит от численности группы. При небольшой численности в группе плодовитость растет, а при избыточной – падает, снижается скорость роста, продолжительность жизни. Для каждого вида существует оптимальный размер группы и оптимальная плотность популяции. 1- конкуренция (внутривидовая) – борьба за одни и те же ресурсы территории. Территориальное поведение – регулятор, позволяющий избегать как перенаселения, так и недоселения. Чем больше совпадают потребности особей одного вида, тем больше конкуренция. Внутривидовая конкуренция острее межвидовой. Формы – прямая – прямое влияние особей друг на друга и косвенная – происходит опосредованно, через потребление ресурсов. У растений конкур обусловлена борьбой за энергию. Межвидовые взаимодействия : могут быть нейтральными, благоприятными и неблагоприятными. Взаимополезные : 1- протокооперация – оба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу. 2- симбиоз – неразделимые взаимополезные связи двух видов, предполагающие обязательное тесное сожительство организмов. 3- мутуализм – взаимовыгоднве отношения. При которых присутствие одного из видов обязательно для другого. 4- комменсализм – взаимоотношение организмов при котором один организм получает пользу, не нанося ущерб другому. Виды комменсализма – нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина, сотрапезничество. Нейтральные: Если две популяции не влияют друг на друга, независимы – (крайне редко) –нейтрализм. Неблагоприятные: 1- аменсализм – один вид подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия. 2- хищничество – форма взаимоотношения, когда организмы одной популяции служат пищей для другой. Хищник уничтожает более слабую часть популяции - качественно улучшает его состав. 3 – паразитизм – форма взаимодействия между видами, при которой организмы одного вида живут за счет питательных веществ или тканей другого вида. Паразиты используют хозяина еще и как место обитания. Особенности а) паразиты приносят хозяину вред, но редко приводят его к мгновенной гибели; б) паразиты намного меньше хозяина, живут в теле или на поверхности тела; в)паразит тесно связан с хозяином.

16. Взаимодействие экологических факторов. Толерантность. Законы минимума. Законы толерантности. Взаимодействие экологических факторов. Толерантность, кривая толерантности. Закон минимума. Закон толерантности.

Экологические факторы делятся на прямодействующие и косвенно действующие. Каждый экологический фактор необходим для организма. ЗАКОН НЕЗАВИСИМОСТИ экологических факторов Вильямса: не один экологический фактор не может быть полностью заменен другим, тем не менее есть ведущие (необходимые) и второстепенные (сопутствующие). В природе существует смена ведущих факторов. Степень важности экологических факторов зависит от среды обитания. На Земле 4 среды обитания: вода, наземно-воздушная, почвенная и тело живых организмов. В водной среде главный фактор кислород, растворенный в воде (не меньше 5 мг/л). Обитатели водной среды – гидробиоты. В наземно-воздушной главный фактор – температура. В почвенной среде – кислород, химический состав. В живых организмах – обилие пищи. ТОЛЕРАНТНОСТЬ – способность живых организмов выдерживать условия жизни.

Кривая толерантности:

1- зона гибели, 2 – зона

стресса, 3 – зона нормальной жизнедеятельности –

зона оптиума. Точки минимума и максимума

значений факторов называются точками

ПЕССИУМА – предельно устойчивые, ниже и

выше организм не может существовать.

Закон МИНИМУМА установил Ю. Либих: вещество, находящееся в минимуме управляется урожай растительности и определяется величина и устойчивость урожая во времени. Позже американский ученый Шелфорд в начале 20го века показал, что не только недостаток, но и избыток вещества влияют на жизнедеятельность организмов и

сформулировал закон ТОЛЕРАНТНОСТИ:

отсутствие или невозможность процветания

определяется недостатком или избытком любого

фактора, уровень которого может оказаться

близким в пределах устойчивости или

выносливости, т.е. в пределах толерантности.

На рисунке по отношению к свету – 1 –

стенотервные виды (ограничены узким диап толерантности по темп), 2 – эвритерные (широким) виды.

Все факторы взаимосвязаны и действуют комплексом.

17. Законы лимитирующего фактора. Адаптация живых организмов к экологическим факторам. Лимитирующие факторы – такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за недостатка или их избытка по сравнению с потребностью. Их иногда называют ограничивающими факторами. Закон ЛИМИТИРУЮЩЕГО фактора: в комплексе факторов сильнее действует тот, который близок к пределу выносливости.

АДАПТАЦИЯ – однонаправленное приспособление организмов к экологическим факторам. АДАПТАЦИИ – эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамических экологических факторов. Этот процесс охватывает строение и функции организмов. Адаптации бывают морфологическими (морфо – форма), физиологическими (меняются физиологические процессы), поведенческие (запугивание, затаивание). Адаптации всегда возникают под воздействием 3х факторов – изменчивость, наследственность, естественный отбор. Источник адаптации – мутации (генетические изменения), возникающие под действием естественных факторов на историко – эволюционном этапе, так и в результате искусственного влияния на организм. Мутации и их комбинирование – ведущий творческий фактор адаптивной организации живых форм. Организмы адаптированы к постоянно действующим периодическим факторам, но среди них важно различать первичные и вторичные. Первичные – температура, освещенность, приливы, отливы и т.д. адаптация к этим факторам наиболее древняя. Вторичные – следствие изменения первичных – влажность, растительная пища, ряд биотических факторов внутривидового влияния. Адаптация к ним не всегда четко выражена. Непереодические – воздействуют катастрофически – введение химической отравы человеком, для истребления насекомых и т.д , но все же длительное воздействие вызывает адаптацию.

Экологическая ниша, дифференциация экологической ниши, модель экологической ниши. Экологическая ниша – место видов в природе, совокупность всех факторов и ресурсов среды, в пределах которой может существовать вид в природе. Ниша – абстрактное понятие, которое сводит все, в чем нуждается организм, его место в сообществе. Экологическая ниша – область комбинаций таких значений факторов среды, в пределах которой данный вид может существовать неогранич долго. Экологическую нишу, определяемую только физиологическими особенностями организма называют фундаментальной. А ту в пределах которой вид реально встречается в природе – реализованной. Реализованная нища – часть фундаментальной ниши, которую данный вид, популяция в состоянии отстоять в конкурентной борьбе. Модель экологической ниши проста –достаточно на ортогональных проекциях отложить значения интенсивности различных факторов, а из точек пределов толерантности восстановить перпендикуляры, то ограниченное ими пространство будет соответствовать экологической ниши данного вида.

19. Трофические цепи. Редуценты, консументы, продуценты. Энергия солнца усваивается растениями и за счет этого живут другие организмы. Трофическая цепь (цепь питания) – это цепь последовательной передачи вещества и эквивалентной ему энергии от одних организмов к другим. Звенья расположены на различных уровнях – продуценты (производители органических веществ – наземные зеленые растения, микроскопические морские водоросли, производящие органические вещества из неорганических соединений), консументы (потребители органических веществ, это травоядные, плотоядные, всеядные) и редуценты (используют мертвое органическое вещество, разлагая его до неорганического). Существует два типа трофических цепей: пастбищные и детритные. Пастбищные – это такие цепи, где первый уровень занимают зеленые растения. Пастбищная цепь объединяет пищевые цепи продуцентов и консументов (трава – кролик -лиса). При продвижении по данным пастбищным цепям размеры животных увеличиваются и происходит уменьшение их численности. Детрит – мертвые остатки растений и животных. Детритная цепь: детриты – бактерии, грибы; детриты – мелкие животные хищники. В детритных цепях консументами являются детритофаги, мелкие животные, беспозвоночные Пищевые цепи не изолированы одна от другой, а тесно переплетены в пищевые сети. Трофическая цепь является энергетической цепью. Любое количество органического вещества эквивалентно количеству энергии. Эту энергию извлекают, разрывая энергетические связи вещества. Поток вещества – это перемещение вещества в форме химических элементов или их соединений от продуцентов к редуцентам или без них. Поток энергии – это переход энергии в виде химической связи по цепям питания от одного трофического уровня к другому. Энергия может быть использована 1 раз. Скорость потока энергии – это количество энергии, перемещающаяся с одного трофического уровня на другой в единицу времени. Пищевая цепь -–это основной канал переноса энергии в пищевых системах. Биомассы на Земле: 90% - фитофаги, 55% - фитомасса тропических лесов, 5% - зоомасса.

21. Популяция, структура, характеристики. Динамика численности. ПОПУЛЯЦИЯ – группа организмов одного вида, внутри которой особи могут обмениваться генетической информацией, занимать конкурентное пространство, связывать между собой различные взаимоотношения – единство определяется площадью территории или акватории. Популяция – это генетическая единица вида. В зависимости от размеров занимаемой территории различают 3 типа популяции: (1) элементарная популяция – это группа организмов одного вида, которая занимает небольшой однородный участок. Генетический обмен происходит часто. (2) экологическая популяция – это совокупность элементарных популяций. Генетический обмен реже. (3) Географическая популяция – группа особей одного вида, занимающих территорию с однородными условиями существования. Генетический обмен – редко. Один вид занимает АРИАЛ вида – пространство, которое вид занимает на земле.

По СТРУКТУРЕ различают возрастную структуру – соотношения особей разного возраста. Различают: (1) предрепредуктивный – молодой (2) репредуктивный (3) пострепредуктивный. Структура половаяя (сексуальная структура), пространственная структура – колонии, семьи, стаи.

ПОПУЛЯЦИОННАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА: самая важная характеристика – плотность. 1-ая плотность популяции – видоспец. показатель. Зависит от биотических и абиотических факторов (число особей на ед площади). 2-ая характеристика – это численность (поголовье животных или количество растений). 3-я характеристика – индекс численности – число особей отнесенное к единице времени. 4-я характеристика (динамический показатель) – рождаемость – способность популяции к увеличению численности за счет размножения, выраженное в числах. Рождаемость относят к определенному времени.5 –я (тоже динамика) – смертность(величина обратная рождаемости). 6-я характеристика – баланс популяции – соотношение рождаемости и смертности. ВЫЖИВАЕМОСТЬ – доля особей популяции дожившего до размножения. КРИВЫЕ ВЫЖИВАНИЯ:

В дифференциальном

виде зависимость

определяется в виде

dN/dt=rN((k-N)/k),

N – численность.

В мат. выражение

входит сопротивление

среды. r – вражден-

ная скорость поп.

k – макс. число особей.

r-виды – пионеры,

k-виды – с тенденцией

к равновесию

22.Биосфера, строение. Ноосфера ноогенез. Биосфера – наружная оболочка земли, населенная организмами, составляющая в совокупности живое вещество планеты. Впервые термин биосфера был введен Э. Зюссом в 1875г. В 20-м веке возникло учение о биосфере. В состав биосферы входят часть атмосферы до высоты 25-30 км, (до озонового слоя), практически вся гидросфера и верхняя чать литосферы примерно до глубины 3км. Особенностью этих частей является то, что они населены живыми организмами, сост живое вещество планеты (все количество организмов как единое целое). Биосфера состоит из абиотической и биотической части. Абиотическая часть представлена 1) почвой и подстилающими породами(до глубины, где есть живые организмы) 2) атмосферным воздухом до высот, на которых возможны еще проявления жизни. 3) водной средой океанов, рек, озер и т.д. Биотическая часть состоит из живых организмов различных таксонов, осуществляющих важнейшую функцию биосферы – биогенный ток атомов. (благодаря дыханию, питания и размножению, обеспечивая обмен веществ между всеми частями биосферы). Ноосфера – высшая стадия развития биосферы. Сфера взаимодействия природы и общества, в пределах которой разумная человеческая деятельность – главный определяющий фактор развития. По Вернадскому человек должен заменить регулятивные механизмы природы, причем перейти на автотрофное питание, т.е на искусственную пищу, производимую на заводах. Ноосфера –естественное и необходимое следствие человеческих усилий. Это преобразованная людьми биосфера. Становление ноосферы по Вернадскому процесс длительный, но ряд ученых полагает, что человечество уже вступило в период ноосферы. Ноогенез – эволюция, управляемая человеческим сознанием.