6.Назовите основные виды антропогенных ландшафтов.

7.Что называется биогеоценозом? Укажите принципиальное отличие биогеоценоза от экосистемы.

8.Как называют биотическую и абиотическую части биогеоценоза?

9.Что собой представляют видовая и пространственная структуры биоценоза?

10.Поясните понятия «ярусность» и «мозаичность». Чем они опреде-

ляются?

7. ОРГАНИЗМ И СРЕДА. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Среда обитания – это часть природы, непосредственно окружающая организм и представляющая естественные условия его жизни.

тических условий жизни организма; определенный набор абиотических и биотических факторов (условий и ресурсов) существования организмов.

Среда обитания организма – это совокупностьИабиотических и био-

Для земной биоты существует четыре основные среды обитания:

свойствами. В каждой среде содержится множество компонентов (органических и неорганическ х веществ, физических полей). Некоторые из них необходимы организмуС, друг е не оказывают на неё существенного влияния.

Наземно-воздушная среда представляет собой атмосферный воздух, состоит из азота (79,09%), кислорода (20,93%), аргона (0,93%), углекислого газа (0,03%), водорода, гелия и т.д. Большое количество кислорода способствовало широкому распространению в наземно-воздушной среде аэробных (дышащих молекулярным кислородом) организмов.

Наземно-воздушная среда характеризуется резкими перепадами температуры, интенсивностью солнечной радиации, которые зависят от географического расположения местности и времени года, низкой плотностью. С увеличением высоты над поверхностью земли давление изменяется незначительно. Так, при подъеме на высоту 6000 м давление изменяется в два раза.

Резкие перепады температуры послужили причиной появления теплокровных (гомойотермных) организмов. Высокая освещенность наземновоздушной среды привела к развитию у её обитателей хорошего зрения. Низ-

48

кая плотность наземно-воздушной среды стала причиной формирования у её обитателей облегченного скелета, приспособлений для парения и полета.

Среда обитания человека – наземно-воздушная. Применительно к человеку обычно используется понятие «окружающая среда», т.е. среда, с которой он контактирует в данное время и прямо или косвенно взаимодействует.

Водная среда жизни занимает до 71% площади земного шара.

Для водной среды характерны: высокая плотность, вязкость, течение и волнение. В водной среде жизни при увеличении глубины давление резко возрастает. При погружении на 10 м давление увеличивается на 1 атмосферу. Растворимость кислорода в воде низкая, содержание растворенного кислорода не превышает 1%. Водная среда пополняется кислородом за счёт

ло причиной развития анаэробных организмов (используют кислород, входящий в состав различных соединений). Освещенность в водной среде резко

убывает с глубиной. В чистых прозрачныхДводах свет может проникать на

глубину в несколько десятков метров, а в мутных илистых водах – лишь на

несколько сантиметров. Перепады температуры в водной среде незначи-

тельные, а на больших глубинах температура воды постоянная – плюс 4 С. Жизнь возникла именно в водной среде.

ность, незначительные перепады температурыА , постоянное давление, отсутствие света (освещен толькоиповерхностный слой почвы), малое количество кислорода. В сообществах почва грает роль источника минеральных ресурсов. Организмы, обитающСе в почвенной среде жизни, как правило, лишены зрения, имеют хорошо разв тые роющие конечности. Среди обитателей почвенной среды большое число анаэробных организмов.

Почвенная среда. Длябпочвенной среды характерны высокая плот-

Организменная среда жизни – это среда обитания, в которой организмы осуществляют связь с внешней средой через хозяина. Обитателями организменной среды являются симбионты и паразиты. Симбионты приносят пользу своему хозяину (например, микроорганизмы, обитающие в кишечнике травоядных жвачных животных, которые помогают переваривать растительные волокна). Паразиты используют другой организм как место обитания и источник пищи. Организм, в теле которого происходит размножение паразита, называется основным хозяином. Характерные особенности организменной среды: высокая плотность, постоянные температура и давление, отсутствие освещенности и низкое содержание кислорода (для эндопаразитов, обитающих внутри организма хозяина), большое количество легко усваиваемой пищи, ограниченное жизненное пространство и агрессивная ре-

49

акция организма хозяина. Обитатели организменной среды имеют приспособления для закрепления в теле хозяина (крючки, присоски), высокую плодовитость, упрощенные или полностью редуцированные органы пищеварения, слабо развитую нервную систему.

Среда обитания оказывает влияние на организмы посредством экологических факторов. Экологические факторы – это определенные свойства среды и её компонентов, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы. Любое условие или элемент среды, на которое живое реагирует приспособительными реакциями, называется экологическим фактором. Они подразделяются на: абиотические, биотические и антропогенные.

Абиотические факторы – это совокупность свойств неживой природы.

данной местности (солнечное излучение, направление ветра, влажность,

температура, давление, интенсивность солнечной радиации, лунные ритмы и т.п.). То есть ветер, свет, влажность, температура, освещенность земной поверхности – это климатические экологические факторы.

теневыносливые. Экологический факторА, ограничивающий распространение многих животных и растений к северу, – это недостаток света.

Отношение к интенсивности освещения лежит в основе деления растений на экологические группыбсветолюбивые (гелиофилы), тенелюбивые и

Эдафогенные (греч. edаphos – почва) или почвенные факторы характе-

ризуют механическийСсостав почвы, её плодородие, структуру, плотность, влагоёмкость и водопрон цаемость, воздухопроницаемость и другие свойства.

Орографические факторы связаны с рельефом местности, высотой над уровнем моря, экспозицией склонов. То есть такие условия среды обитания, как рельеф местности, крутизна и ориентация склона относительно сторон света, относятся к орографическим экологическим факторам.

Химические факторы характеризуют химический состав окружающей среды: химический состав воздуха, солевой состав воды, кислотность почвы, её микроэлементный состав и т.п.

Абиотическими факторами являются также физические поля (электромагнитные, гравитационные, ионизирующее излучение), движение сред (волны, течения, приливы). Экологические факторы, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и т.п.),

называются физическими.

50

Факторы, изменение которых регулярно повторяется во времени, называются периодическими (суточные изменения климата, некоторые гидрологические изменения – приливы, отливы).

Вода является незаменимым или витальным экологическим фактором для организмов биосферы.

Сигнальным (информационным) фактором для перелёта птиц в тёплые страны является изменение продолжительности светового дня.

Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на среду обитания.

Различают:

– фитогенные (греч. phyton – растение) – факторы влияния растений;

– зоогенные (греч. zoon – животное) – факторы влияния животных;

лее, летом ДИ Прямое или косвенное влияние растений на другие организмы отно -

– микробогенные факторы – влияние микроорганизмов.

сится к группе фитогенных экологических факторов. Эпидемия птичьего

туализм, протокооперацияС, комменсализм, аменализм, паразитизм, хищничество. К биотическим факторам относятся такие явления, как забота животных о потомстве, ухаживание самцов за самками.

Антропогенный (греч. antropos – человек) фактор характеризует воздействие жизнедеятельности человека. Например, к антропогенным экологическим факторам относится разрушение озонового слоя.

Жизнедеятельность организма ограничена лимитирующими факторами. Условие среды, которое может замедлять потенциальный рост и развитие как отдельного организма, так и экосистемы в целом, называется огра-

ничивающим или лимитирующим фактором.

Согласно закону минимума, жизненные возможности лимитирует тот экологический фактор, количество которого близко к минимуму, необходи-

51

мому организму или экосистеме, и дальнейшее снижение которого ведет к гибели организма или деструкции экосистемы. То есть жизнедеятельность организма в большой степени зависит от тех факторов, которых ему не хватает. Закон минимума открыл Ю. Либих в 1840 г.

Например, при нехватке йода в организме человека у него развивается базедова болезнь.

К лимитирующим факторам относятся:

–температура (жизнь существует от –200 до +100 °С);

–свет;

–вода;

–минеральные вещества;

–давление, течение и т.д.

При формировании ярусности в лесном сообществе лимитирующим фактором является свет. Лимитирующим фактором, препятствующим расселение лося на север Сибири, является низкая зимняя температура, а для северных оленей лимитирующим фактором является глубина снежного покро-

способность организма не увеличиваетсяАДи даже возможно ее резкое снижение. Например, избыток витаминов так же вреден, как и их недостаток.

сформулировал В. Шелфордбв 1913 г. Согласно этому закону, лимитирующим фактором существован я организма может быть как минимум, так и

На основании этих двух законов сформулирован закон толерантности (лат. tolerantia – терпен е). Закон толерантности, как и закон максимума,

максимум экологическогоивоздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору.

Толерантность – это способность организма выносить отклонения

Если значение экологического фактора выходит за границы нижнего или верхнего пределов экологической выносливости, организм погибает, даже если все остальные факторы принимают оптимальные значения. Это происходит согласно закону независимого действия экологических факторов Вильямса, который утверждает, что ни один из факторов, несмотря на их взаимодействия, не в состоянии заменить другой. Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма (популяции), называется зоной оптимума. Если значения экологического фактора приближаются к границе выносливости организма, его развитие за-

52

медляется, он попадает в зону пессимума, или зону угнетения. Диапазон значений экологического фактора от нижнего критического значения до верх-

него называется диапазоном толерантности.

Любому живому организму нужны не только температура, влажность, минеральные вещества и другие факторы, но и некоторая амплитуда их допустимых колебаний. Чем больше амплитуда колебаний (шире предел) ка- кого-либо фактора, тем выше выносливость, т.е. толерантность данного организма. Величина диапазона толерантности зависит от ряда факторов. Если значение одного из факторов приближается к границе выносливости организма, то диапазон толерантности к другим факторам уменьшается. При быстром изменении значения экологического фактора диапазон толерантности к нему будет меньше, чем при постепенном изменении значения этого фактора. Для молодых, как и для стареющих, организмов диапазон толерантности будет меньше, чем для здоровых взрослых особейИ.

Организмы, имеющие широкий диапазон толерантности к большинству экологических факторов, называютсяДэврибионтными, они больше рас-

пространены в природных экосистемах. Организмы с узким диапазоном толерантности к большинству экологических факторов называются стеноби-

особей. В экологии адаптация (латА. adaption – приспособление) – это эволюционно выработанныеинаследственно закрепленные особенности живых

онтными.

В ходе эволюции живые организмы приспосабливаются к изменению уровня воздействия экологическихбфакторов, т.е. происходит адаптация

организмов, обеспеч вающ е нормальную жизнедеятельность при изменении уровня экологическСх факторов. Адаптации закрепляются в процессе

эволюции на генетическом уровне, образуя генетический фонд наследственной информации (генофонд). Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу называется экологической валентностью, или

пластичностью.

Способность к адаптации обусловлена такими свойствами живых организмов, как изменчивость (возникновение мутаций, изменений на генном уровне), наследственность (передача возникших изменений последующим поколениям) и естественный отбор (выживают только те организмы, в которых возникшие мутации позволяют им легче выжить в изменившихся условиях).

Различают активные и пассивные адаптации, а также избегание неблагоприятных условий. Активная адаптация позволяет организму противостоять происходящим изменениям. Примером активной адаптации является появление теплокровных организмов. Пассивная адаптация заставляет ор-

53

ганизм подчиняться произошедшим изменениям. К пассивной адаптации относится впадение некоторых видов в спячку, в состояние анабиоза. Избегание неблагоприятных условий – это, например, сезонные миграции птиц.

В зависимости от механизма приспособления к изменяющимся условиям среду различают морфологическую, физиологическую, биохимическую, онтогенетическую и этологическую (поведенческую) виды адаптации.

При морфологической адаптации происходит изменение строения тела организма. Примером может служить превращение листьев в колючки у растений, произрастающих в жарком засушливом климате, появление клыков и когтей у хищников. Физиологическая адаптация заключается в изменении метаболических (обменных) процессов, например, замедление всех процессов при впадении животного в зимнюю спячку или появление у верб-

люда реакции расщепления эндогенного жира с выделением воды, благодаря чему он может длительное время обходитьсяИбез воды. Биохимическая

адаптация заключается в появлении в организме веществ, которые, напри-

мер, могут расщеплять токсичные веществаД, попавшие в окружающую сре-

ду. Онтогенетическая адаптация направлена на изменение длины жизнен-

ного цикла организма (онтогенеза). Например, появление стадии диапаузы у насекомых, когда они теряют многоАводы и впадают в состояние анабиоза,

что позволяет им пережить холодный период. Этологическая адаптация заключается в изменении поведенияборганизма, например, появление сезонной миграции птиц или формирование навыков заботы о потомстве.

СиЛабораторная работа № 8

Организм и среда. Экологические факторы

Используя электронную презентацию по теме «Организм и среда. Экологические факторы» и лекционный материал, ответить на следующие вопросы:

1. Что такое «среда обитания»? Назовите основные среды жизни. Оформите в виде таблицы сравнительные характеристики всех сред жизни (табл. 9).

54

2.Что называется экологическими факторами? Из приведённого перечня факторов выпишите: а) абиотические; б) биотические; в) антропогенные.

Температура воздуха; плотность популяции; плодородие почвы; строительство автомагистрали; освещённость земной поверхности; хищничество; добыча нефти; рыболовство; сезонная миграция птиц; воздухопроницаемость поч-

вы; высота над уровнем моря; симбиоз; интродукция новых видов растений; солевой состав воды озера; паразитизм; захоронениеИрадиоактивных отходов.

3.Из приведённого списка факторов выпишите: а) климатические; б) эдафогенные; в) орографические; г) химическиеД.

Осадки, газовый состав атмосферы; механический состав почвы; экспо-

зиция склонов; теплопроводность почвы; высота над уровнем моря; длина светового дня; солевой состав водыА; атмосферное давление; рельеф местности; плодородие почвы; микроэлементный состав почв; температура воздуха.

4.Из приведённого спискабфакторов выпишите: а) фитогенные; б) зоогенные; в) микробогенные.

Деятельность азотфикс рующих бактерий; создание особого микроклимата в еловом лесу; стро тельство плотин на реках бобрами; выработка кислорода и синтезСорган ческого вещества зелёными растениями; массовая гибель животных из-за вспышки инфекционного заболевания; подавление жизнедеятельности ряда бактерий из-за выделения особых веществ (фитонцидов) в сосновом бору; регуляция численности копытных хищниками; строительство гнёзд птицами; переработка листового опада в простые минеральные соединения микроорганизмами.

5.Какой фактор называется лимитирующим? Укажите лимитирующие факторы для следующих организмов:

Ель; форель; иволга; тигр; эвкалипт; воробей; дуб; северный олень; вирус холеры.

6.Дайте определение понятию «адаптация». Объясните механизм возникновения адаптаций. Какие виды адаптаций вы знаете? Определите, какой вид адаптации вы видите на предложенных в презентации картинках.

7.Поясните суть правила Бергмана – Алена.

55

Вопросы и задания для защиты лабораторной работы «Организм и среда. Экологические факторы»

1.Что такое «среда обитания»?

2.Назовите основные среды жизни.

3.Что называется экологическими факторами?

4.Какой фактор называется лимитирующим? Сформулируйте закон минимума Либиха и закон максимума Шелфорда.

5.Что такое «толерантность»? Сформулируйте закон толерантности Шелфорда.

6.Дайте определение понятию «адаптация». Объясните механизм возникновения адаптаций.

7.Какие виды адаптаций вы знаете? Приведите примеры.

8.Поясните суть правила Бергмана – АленаИ.

8.АНТРОПОГЕННОЕ ВОЗДЕЙСТВДЕ НА Г ДРОСФЕРУ ,-появлении радиоактивных элементовА, болезнетворных бактерий и других за-

рий, вирусов – до 700 в дов, простейших, грибов и др. Этот вид загрязнений носит временный характер). Значительно реже: радиоактивное (радиоактивными веществами), механическое (попадание в воду различных механических примесей – песка, шлама, мусора и др.) и тепловое загрязнение (связано с повышением температуры вод, это ведёт к изменению газового и химического состава, размножению анаэробных бактерий, росту гидробионтов, выделению ядовитых газов – сероводорода, метана).

Загрязняющие вещества в морской воде могут переноситься, концентрироваться или разбавляться и диспергироваться.

Основными источниками загрязнения поверхностных и подземных вод являются промышленные, коммунально-бытовые (СПАВ, жиры и т.д.), кол- лекторно-дренажные, сельскохозяйственные и др. стоки.

Защита поверхностных вод от загрязнения включает следующие мероприятия:

56

1)развитие безотходных и безводных технологий, внедрение систем оборотного водоснабжения;

2)очистка сточных вод (промышленных и коммунально-бытовых);

3)очистка и обеззараживание поверхностных и подземных вод, используемых для водоснабжения и водопользования.

При организации системы оборотного водоснабжения в неё включают ряд очистных сооружений и установок. Это позволяет создать замкнутый цикл использования производственных и бытовых сточных вод.

Методы очистки сточных вод:

механическая;

физико-химическая;

химическая;

биологическая;

термическая.

др.). В качестве аппаратурного оформления используютИ: решетки, песколовки, песчаные фильтры, отстойники. Плавающие вещества (нефть, смолы,

Механической очисткой являются: процеживание и отстаивание, улав-

ливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование.

Удаляются механические примеси (песок, глинистые частицы, окалина и

алюминия, соли аммонияСи, железа, меди, а также шламовые отходы. В результате образуются хлопьевидные осадки.

Сорбция – это поглощение загрязнителей сорбентами: активированным углём, цеолитами, силикагелем, бентонитовой глиной.

Флотация заключается в пропускании воздуха через сточные воды. Газовые пузырьки захватывают и перемещают на поверхность воды: ПАВ, нефть, масла.

Ионный обмен заключается в пропускании загрязненной воды через ионообменные смолы: катиониты и аниониты. Подвижные катионы водорода, натрия или калия, входящие в состав ионообменных смол, замещаются катионами тяжелых металлов или ионами кальция и магния. Использование анионитов позволяет очистить воду от анионов хлора, сульфатов, фосфатов и т.п.

Мембранные технологии, такие как обратный осмос и ультрафильтрация, позволяют очистить воду как от высокомолекулярных соединений, так и

57

от ионов солей путем пропускания воды через полупроницаемые мембраны. Применяются для обессоливания морской воды. Метод длительный, но высокоэффективный.

Химические методы очистки вод – это нейтрализация и окисление загрязнителей. Для нейтрализации кислот используют в качестве реагентов известь, кальцинированную соду, аммиак. Щелочи нейтрализуют пропусканием через воду газов, содержащих оксиды серы, углерода. Этот метод позволяет одновременно с нейтрализацией стоков очистить отходящие газы от оксидов серы и углерода. Окисление проводят в том случае, если загрязняющие вещества обладают восстановительными свойствами (сульфиды, цианиды, нитриты и т.п.). В этом случае воду обрабатывают сильными окислителями: хлором, гипохлоритами, пероксидом водорода, перманганатом калия.

Биологический метод очистки основан на способности искусственно вселяемых микроорганизмов поглощать органические и неорганические соединения из сточных вод (ПАВ, жиры, сероводород, аммиак, нитриты, сульфиды). Активный ил – это сообщество микроорганизмов (плесень, дрожжи, водные грибки). Используют аэротенки, биофильтры, биологические пруды,

К методам защиты водных объектов (морей, рек, озер) относится создание водоохранных зон. Водоохранные зоны – это прибрежные территории шириной от 0,1 до 2,0 км, их назначение – предотвратить загрязнение, засорение и истощение водного объекта.

Запрещается в пределах зон:

распашка земель;

выпас скота;

применение ядохимикатов и удобрений;

производство строительных работ.

ЗОС – это территориальные зоны санитарной охраны источников питьевого водоснабжения. Они содержат три пояса.

58

1-й пояс – территория строгого охранного режима: 30…50 м от водозабора. Предусматривает защиту от умышленного разрушения и загрязнения.

2-й пояс – защищает водозаборы от бактериального загрязнения. 3-й пояс – защищает водозаборы от химического загрязнения.

Лабораторная работа № 9

Изучение способов очистки сточных вод

Лабораторную работу выполняют в следующей последовательности. Сначала проводят механическую очистку исследуемой воды (опыт 1), оставив часть пробы неочищенной для определения в ней загрязняющих веществ. Затем часть фильтрата оставляют для исследования. Оставшуюся отфильтрованную воду делят на три части, каждую из которых очищают так, как описано в опыте 2. Затем в исходной пробе, в фильтратах после механической очистки, после коагуляции раствором сульфата алюминия, осаждения раствором извести, адсорбционной очистки определяют хлориды, суль-

фильтрат в коническую колбу объемом 250 см3. После окончания фильтрования часть фильтрата и неочищенную воду полуколичественно анализируют на содержание сульфатов, хлоридов и ионов железа. Оставшуюся часть фильтрата и неочищенную воду используют для определения цветности (органолептического показателя). Результаты заносят в табл. 10.

Таблица 10

Результаты анализа воды после очистки различными методами

59

Опыт 2. Физико-химические методы очистки.

Для физико-химической очистки используют воду, прошедшую механическую очистку.

а) Метод адсорбции.

Для проведения адсорбционной очистки 50 см3 воды, отфильтрованной в результате механической очистки, помещают в коническую колбу объемом 250 см3, добавляют к пробе воды 1 г активированного угля, закрывают пробкой и встряхивают в течение 20 мин таким образом, чтобы жидкость не соприкасалась с пробкой. Затем пробу отфильтровывают через бумажный фильтр. В фильтрате определяют хлориды, сульфаты и ионы железа. Результаты определения заносят в табл. 10.

б) Метод коагуляции.

Для осаждения коллоидных примесей, которые не удаляются фильтрованием, воду обрабатывают раствором сульфата алюминия или хлорида железа. Для осаждения ионов тяжелых металлов и ионов железа воду обрабатывают раствором извести Са(ОН)2.

В две колбы наливают по 40 см3 отфильтрованной воды, добавляют в

Содержимое колб отфильтровывают, в полученном фильтрате опреде-

BaCl2. Пробирку осторожно встряхнуть. Появление белой мути указывает на содержание в воде сульфатов. Чтобы убедиться, что осадок образован именно сульфатами, а не фосфатами или карбонатами, часть раствора отделить в другую пробирку и добавить несколько капель соляной кислоты. Если осадок не растворяется, это указывает на присутствие в растворе сульфатов.

Для полуколичественного определения сульфат-ионов сравнивают исследуемый раствор со стандартной шкалой (табл. 11).

Таблица 11

Стандартная шкала для определения содержания сульфатов в воде

Результат определения заносят в табл. 10.

60

Опыт 4. Определение содержания хлоридов.

В пробирку налить 5 см3 воды и добавить 3…4 капли 10%-ного раствора нитрата серебра AgNO3. Появление осадка или мути указывает на присутствие в воде хлоридов.

Для полуколичественного определения хлоридов осадок оценивают по данным, приведенным в табл. 12.

лить 5 см3 исследуемой воды, добавить несколькоИкапель 2Н азотной кислоты HNO3 для создания кислой среды и окисления ионов двухвалентного же-

Опыт 5. Определение содержания катионов железа.

леза в трехвалентное, затем прибавить Д1 см3 10%-ного раствора роданида калия (или роданида аммония). В присутствии ионов трехвалентного железа раствор окрашивается в красный цвет.

Для определения содержания в воде солей трехвалентного железа на-

Содержание катионов железа в пробе принимается равным тому значению, которое соответствует стандартному раствору шкалы с окраской раствора, наиболее близкой окраске пробы. Результаты определения заносят в табл. 10.

Опыт 6. Определение цветности.

Цветность – это природное свойство воды, обусловленное наличием гуминовых веществ, которые придают ей окраску от желтоватого до коричневого цвета. Гуминовые вещества образуются при разрушении органических соединений в почве, вымываются из нее и поступают в открытые водо-

61