Популяция

1. В основе процессов обеспечивающих непрерывное существование жизни на Земле лежит биотический круговорот .Растительный и животный мир, постоянно само возобновляясь, обеспечивает активное движение – кругооборот веществ и поток энергии в биосфере Земли. Растения в воде и на суше активно участвуют в фотосинтезе – сложнейшем биохимическом процессе образования органических соединений, которые служат пищей для гетеротрофных живых существ. Велика роль растений и в формировании некоторых полезных ископаемых и почв. Животные, потребляя органическое вещество, в свою очередь являются основными регуляторами продуктивности биогеоценозов, образующих на определенной территории взаимосвязанное и взаимообусловленное единство компонентов живой и неживой природы.

Биогеоценозы – не случайное сочетание различных организмов и окружающей их неживой природы, а вполне для данных условий среды закономерно сложившаяся в результате длительной эволюции единая согласно функционирующая система, все части которой настолько взаимоприспособлены друг к другу, что система обладает максимальной устойчивостью, делающей её относительно независимой от внешних влияний.

2. Исходной основой существования биосферы и происходящих в ней биогеохимических процессов является астрономическое положение нашей планеты и в первую очередь ее расстояние от Солнца и наклон земной оси к эклиптике, или к плоскости земной орбиты. Это пространственное расположение Земли определяет в основном климат на планете, а последний в свою очередь – жизненные циклы всех существующих на ней организмов. Солнце является основным источником энергии биосферы и регулятором всех геологических, химических и биологических процессов на нашей планете. Эту ее роль образно выразил один из авторов закона сохранения и превращения энергии Юлиус Майер (1814 – 1878), отметивший, что жизнь есть создание солнечного луча.

Солнечная энергия необходима для всего живого на Земле. Растения используют ее в процессе фотосинтеза. Первичным источником энергии в цепях питания является солнечная энергия. Первый трофический уровень - продуценты (зеленые растения) - используют солнечную энергию в процессе фотосинтеза, создавая первичную продукцию любого биоценоза. При этом только 0,1% солнечной энергии используется в процессе фотосинтеза. Эффективность, с которой зеленые растения ассимилируют солнечную энергию, оценивается величиной первичной продуктивности. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, тут же расходуется растениями в процессе дыхания, остальная часть энергии переносится далее по пищевым цепям.

Так же Солнечная энергия участвует в круговороте воды. Под действием энергии Солнца вода испаряется с поверхности водоёмов и воздушными течениями переносятся на большие расстояния. Выпадая на поверхность суши в виде осадков, она способствует разрушению горных пород и делает составляющие их минералы доступными для растений, микроорганизмов и животных.

3. Биосфера (в современном понимании) – своеобразная оболочка Земли, содержащая всю совокупность живых организмов и ту часть вещества планеты, которая находится в непрерывном обмене с этими организмами.

Биосфера охватывает нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхнюю часть литосферы.

• Атмосфера – наиболее легкая оболочка Земли, которая граничит с космическим пространством; через атмосферу осуществляется обмен вещества и энергии с космосом.

Атмосфера имеет несколько слоев:

• тропосфера – нижний слой, примыкающий к поверхности Земли (высота 9–17 км). В нем состредоточено около 80% газового состава атмосферы и весь водяной пар;

• стратосфера;

• ноносфера – там “живое вещество” отсутствует.

Преобладающие элементы химического состава атмосферы: N2 (78%), O2 (21%), CO2 (0,03%).

• Гидросфера – водная оболочка Земли. В следствие высокой подвижности вода проникает повсеместно в различные природные образования, даже наиболее чистые атмосферные воды содержат от 10 до 50 мгр/л растворимых веществ.

Преобладающие элементы химического состава гидросферы: Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, Cl^–, S, C. Концентрация того или иного элемента в воде еще ничего не говорит о том, насколько он важен для растительных и животных организмов, обитающих в ней. В этом отношении ведущая роль принадлежит N, P, Si, которые усваиваются живыми организмами. Главной особенностью океанической воды является то, что основные ионы характеризуются постоянным соотношением во всем объеме мирового океана.

• Литосфера – внешняя твердая оболочка Земли, состоящая из осадочных и магматических пород. В настоящее время земной корой принято считать верхний слой твердого тела планеты, расположенный выше сейсмической границы Мохоровичича. Поверхностный слой литосферы, в котором осуществляется взаимодействие живой материи с минеральной (неорганической), представляет собой почву. Остатки организмов после разложения переходят в гумус (плодородную часть почвы). Составными частями почвы служат минералы, органические вещества, живые организмы, вода, газы.

Преобладающие элементы химического состава литосферы: O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, Na, K.

Влияние живых организмов в энергетику биосферы и их влияние на неживые тела. Ведь в состав биосферы входит не только живое вещество, но и разнообразные неживые тела, которые В.И.Вернадский называет косными (атмосфера, горные породы, минералы и т. д.), а также и биокосные тела, образованные из разнородных живых и косных тел (почвы, поверхностные воды и т. п.). Хотя живое вещество по объему и весу составляет незначительную часть биосферы, но оно играет основную роль в геологических процессах, связанных с изменением облика нашей планеты.

4 Место каждого звена в цепи питания называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень - это всегда продуценты, растения, создатели органического вещества, биомассы; второй трофический уровень составляют травоядные животные - потребители или консументы 1 порядка; потребители травоядных животных - плотоядные - составляют следующий трофический уровень, являются консументами 2 порядка; потребители плотоядных форм относятся к консументам 3 порядка и т.д. по трофической цепи. При этом имеет значение пищевая специализация организмов консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевую цепь на различных трофических уровнях. Например, человек в рацион которого входят и растительная и животная пища, может явиться в разных пищевых цепях консументом первого, второго и третьего порядков.

В результате энергия, накопленная зелеными растениями в цепях питания, стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь не может включать более 4 - 5 звеньев. Потерянная в цепях питания энергия может быть восполнена только за счет поступления новых ее порций. В экосистемах не может быть круговорота энергии, подобно круговороту веществ. Жизнь и функционирование любой экологической системы возможны только при односторонне направленном потоке энергии в виде солнечного излучения или при притоке запасов готового органического вещества.

5.Математическое моделирование, широко используемый в экологии. При построении таких моделей исследователь сознательно отказывается от детального описания экосистемы, оставляя лишь наиболее существенные, с его точки зрения, компоненты и связи между ними, и использует достаточно малое число правдоподобных гипотез о характере взаимодействия компонентов и структуры экосистемы. Аналитические модели служат, в основном, целям выявления, математического описания, анализа и объяснения свойств или наблюдаемых феноменов, присущих максимально широкому кругу экосистем. Так, например, широко известная модель конкуренция Лотки–Вольтерра позволяет указать условия взаимного сосуществования видов в рамках различных сообществ.

Модели используют для того, чтобы:

1. понять, какова внутренняя структура конкретного объекта или (и) структура его взаимодействия со средой;

2. установить наиболее важные связи (качественные) внутри структуры;

3. установить количественные связи;

4. прогнозировать изменения объекта и среды при определенных воздействиях;

5. провести оптимизацию объекта и (или) внешних воздействий на него.

Удачная модель даёт новые знания об объекте, причём сравнительно дёшево.

Классификация моделей.

Модели можно подразделить на физические и аналоговые. Например, планетарий – это физическая модель вселенной, лотки с водой могут быть физической моделью гидроэлектростанции. Маятник может являться аналоговой моделью для изучения колебаний основных характеристик электрической цепи переменного тока, поскольку оба процесса описываются одинаковыми уравнениями колебаний.

В рамках аналоговых моделей выделяют знаковые, которые включают в себя математические модели. В данном случае определение модели звучит так: модель – это система упрощенных предположений об объекте, допускающих математическую формализацию и применяемых, когда точные закономерности неизвестны или сложны. В свою очередь математические модели подразделяются на дискриптивные (описательные) и оптимизационные. Дискриптивные модели служат для описания и прогнозирования объекта (процесса, системы), например, урожая от условий выращивания. Цель оптимизационных моделей – найти оптимальное воздействие на объект (процесс). Например, определить оптимальный агрофон для конкретного сорта.

Если целью моделирования является не просто описание и прогнозирование процесса, а поиск оптимальных воздействий на этот процесс, то в модели из всех параметров, влияющих на изучаемый процесс, выделяют те, на которые человек может воздействовать. Это так называемые переменные управления (U).

6.Возможны несколько типов взаимодействия двух популяций разных видов: (-, -) – конкуренция, при которых ухудшаются условия жизни для обеих популяций; (+,+) – симбиоз; (+,-) – хищник-жертва и т.д.

Можно было наблюдать разные ситуации:

1. Если в системе не было хищников, то рост численности популяции жертв происходил до Kmax.

2. При добавлении в систему популяции хищника последние активно поедали жертв, увеличивая свою численность. Численность жертв при этом сокращалась, пока они не исчезали полностью, что в свою очередь, приводило к гибели популяции хищника от голода

Вывод:

1. Для того чтобы снизить коэффициент успеха охоты для хищника (с), а значит и увеличили коэффициент рождаемости для хищника (g), до тех пор пока все съедены (х=0), что повлекло за собой гибель хищников

2. Для сокращения скорости естественного увеличения популяции жертв (r) снизили в 2 раза содержание корма для жертв. В этом случае амплитуда увеличения числа жертв стала значительно меньше и, как следствие, не наблюдалось ответного резкого увеличения численности хищника и, как следствие, численность жертв резко не снижалась.

7.Аналогичные модели применимы, например, для объяснения и описания колебаний численностей в системе “хозяин – паразит”.

Знание законов продуктивности экосистем, возможность количественного учета потока энергии имеют важное практическое значение. Первичная продукция агроценозов и эксплуатация человеком природных сообществ - основной источник пищи для человека. Важное значение имеет и вторичная продукция биоценозов, получаемая за счет промышленных и сельскохозяйственных животных, как источник животного белка. Знание законов распределения энергии, потоков энергии и вещества в биоценозах, закономерностей продуктивности растений и животных, понимание пределов допустимого изъятия растительной и животной биомассы из природных систем позволяют правильно строить отношения в системе "общество - природа".

8. Микроорганизмы в биотическом круговороте играют одну из главных ролей, можно сказать с них начиналась биологическая жизнь. Так, оказалось, например, что состав морской воды во многом определяется активностью морских организмов. Растения, живущие на песчаной почве, значительно изменяют ее структуру. Живые организмы контролируют даже состав нашей атмосферы.

Первым из биологов, который ясно указал на огромную роль живых организмов в образовании земной коры, был Ж.Б.Ламарк (1744 – 1829). Он подчеркивал, что все вещества, находящиеся на поверхности земного шара и образующие его кору, сформировались благодаря деятельности живых организмов.