Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Биоэкология. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
__________________________________________________________________________
М.В. ЛЕГАН
БИОЭКОЛОГИЯ
Утверждено Редакционно-издательским советом университета
в качестве учебного пособия
НОВОСИБИРСК
2019
УДК 502.211(075.8)
Л 384
Рецензенты:
Т.И. Савченко, канд. хим. наук, старший научный
сотрудник Института Химической Кинетики и Горения СО РАН
Г.И. Дьяченко, канд. геол.-минер. наук, доцент
Леган М.В.
Л 384 Биоэкология: учебное пособие / М.В. Леган. – Новосибирск:
Изд-во НГТУ, 2019. – 88 с.
ISBN 978-5-7782-4045-2
В учебном пособии дается представление о разнообразии форм
жизни, уровнях организации биологических систем, кратко рассматриваются вопросы экологии особей и организмов и популяционной
экологии (демэкологии); отражаются воздействия экологических факторов на биосистемы, приводятся характеристики, взаимоотношения
веществ в экосистемах. Рассматриваются основные положения учения
о Биосфере. Освещены вопросы взаимодействия биосферы и человеческой цивилизации, определены основные глобальные экологические
проблемы в современном мире.
Работа подготовлена на кафедре Безопасности труда для студентов
ФЭН направления 20.03.01 «Техносферная безопасность»
УДК 502.211(075.8)
ISBN 978-5-7782-4045-2 © Леган М.В., 2019
© Новосибирский государственный
технический университет, 2019
Введение .................................................................................................................. 5
ГЛАВА I. Синэкология – экология биоценозов ................................................... 7
1.1. Основные понятия синэкологии ............................................................... 7
1.2. Виды отношений организмов в биоценозах ............................................ 8
Вопросы для самопроверки ............................................................................ 13
ГЛАВА II. Экология биологических систем ...................................................... 14
2.1. Сукцессии. Гибель экологических систем ............................................. 14
2.2. Учение о Биосфере, как глобальной экосистеме Земли ....................... 16
2.3. Динамика и устойчивость биосферы ...................................................... 17
Вопросы для самопроверки ............................................................................ 20
ГЛАВА III. Организм и факторы среды ............................................................. 21
3.1. Среда обитания организма и экологические
3.2. Влияние лимитирующих факторов на биосистемы .............................. 23
3.3. Антропогенные лимитрирующие факторы и антропогенный
стресс ......................................................................................................... 27
3.4. Компенсация экологических факторов в экологических
системах .................................................................................................... 28
Вопросы для самопроверки ............................................................................ 29
ГЛАВА IV. Экология популяций ........................................................................ 31
4.1. Популяционная структура вида. Структура популяции ....................... 31
4.2. Пространственная структура популяции ............................................... 34
4.3. Половая структура популяции ................................................................ 35
4.4. Генетическая структура популяции ........................................................ 35
4.5. Возрастная структура популяции ........................................................... 38
4.6. Этологическая структура популяции ..................................................... 40
4.7. Гомеостаз
Вопросы для самоконтроля ............................................................................ 51
популяции ............................................................................... 42
ОГЛАВЛЕНИЕ
факторы .......................... 21
3
ГЛАВА VI. Экологическая ниша биологического вида .................................... 52
6.1. Термин и определение экологической ниши (ЭН) ................................ 52
6.2. Характеристики экологической ниши .................................................... 53
Вопросы для самоконтроля ............................................................................ 55
ГЛАВА VII. Загрязнение окружающей природной среды ................................ 56
7.1. Ксенобиотики ........................................................................................... 56
7.2. Загрязнение природной среды ................................................................ 57
7.3. Классификация загрязнений окружающей среды ................................. 58
7.4. Загрязнение окружающей среды вредными веществами ..................... 63
7.5. Нормирование вредных веществ в окружающей среде ........................ 65
7.5.1. Нормирование вредных веществ в атмосферном
7.5.2. Нормирование вредных веществ в почве ................................... 66
7.5.3. Нормирование вредных веществ в водных объектах ................ 67
7.6. Методы для установления эффект-ориентированных ПДК вред-
ных веществ .............................................................................................. 69
7.7. Ионизирующее излучение ....................................................................... 71
7.8. Радиоактивное загрязнение природной среды ...................................... 77
7.9. Загрязнение промышленными и муниципальными отходами ............. 78
7.10. Биоиндикация загрязнений окружающей среды ................................. 83
Вопросы для самоконтроля ............................................................................ 85
Список использованной литературы ................................................................... 87
воздухе ........ 65
4
ВВЕДЕНИЕ
В учебном пособии кратко рассматриваются основные понятия и
уровни организации биологических систем (биосистем): экология особей и организмов; популяционная экология; вопросы синэкологии и
экологии Биосферы, как глобальной биосистемы Земного шара. Освещены вопросы взаимодействия биосферы и человеческой цивилизации, определены основные глобальные экологические проблемы в современном мире, а также
ющей природной среды. Указан список методической и справочной
литературы, которым рекомендуется пользоваться. Для закрепления
пройденного материала после каждой главы даны вопросы для самопроверки.
Термин «Экология» был предложен в 70-х годах XIX века известным биологом-эволюционистом Эрнестом Геккелем, (от слов: «oikos» –
дом, жилище и «логос» – учение, что значит
нии». Экология – это наука о взаимоотношениях живых организмов
между собой и с окружающей их природной средой).
Экология состоит:
1) из биоэкологии (общая или классическая экология);
2) геоэкологии;
3) социальной экологии;
4) экологии человека;
5) прикладной экологии.
Таким образом, биоэкология является составной частью и крупным
направлением в структуре современной экологии.
логия и ее фундаментальные законы являются основой всех направлений экологии.
Биоэкология изучает следующие уровни биологических (биосистем) систем: экологию особей и организмов; эйдэкологию (экологию
рассмотрены вопросы загрязнений окружа-
– «наука о местообита-
Более того, биоэко-
5
видов); синэкологию (экологию сообществ); демэкологию (популяционную экологию); глобальную экологию (экологию Биосферы).
В соответствии с крупнейшими систематическими категориями
органического мира биоэкологию подразделяют на: экологию микроорганизмов; экологию грибов; экологию растений и экологию
животных.
6
ГЛАВА I
СИНЭКОЛОГИЯ – ЭКОЛОГИЯ БИОЦЕНОЗОВ
1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ СИНЭКОЛОГИИ
Организм индивидуально подвержен факторам эволюции и экологическим воздействиям. Живое вещество (по В.И. Вернадскому) – совокупность тел живых организмов, населяющих Землю. Живое вещество – открытая система, для которой характерны обмен веществ и
энергии с внешней средой, рост, размножение, раздражимость, смерть.
Специфические свойства живого вещества рассмотрены в
Вид – совокупность особей, схожих по морфологическим, физиологическим признакам, свободно скрещивающихся и дающих плодовитое потомство. Каждый вид имеет свой ареал распространения. По-
пуляция - структурная единица вида.
Цикл развития (Жизненный цикл) – совокупность всех фаз индивидуального роста и развития особи, в результате которого она достигает
начало новому поколению.
ганизации биологических объектов (биосистем):
гены, вирусы и т.д.);
онные);
характерной величины и зрелости, делается способной дать
В биоэкологии принято выделять следующие основные уровни ор-
– молекулы и молекулярные комплексы (например, молекулы белка,
– органоиды или органелы клеток (митохондрии, рибосомы, и т.д.);
– клетки;
– ткани (эпителий, кровь
– органы (сердце, печень, почки и т.д.);
– системы органов (сердечно-сосудистая система, дыхательная и т.д.);
– организмы (амеба или многоклеточный организм – человек);
– популяции и субпопуляционные структуры (внутрипопуляци-
и т.д.);
2.
7
– ценозы (сообщества живых организмов) различного ранга, вклю-
чая биоценозы.
Сообщество или ценоз – совокупность живых организмов определенной категории, одновременно населяющих определенную область
пространства. Наиболее системно организованным сообществом является биоценоз.
Биоценоз – взаимосвязанная совокупность микроорганизмов, растений, грибов и животных, населяющих однородный участок суши
или водоема.
По систематическим
признакам биоценоз делится:
– фитоценоз (совокупность популяций растений);
– зооценоз (соответственно животных);
– микробоценоз (грибы, микроорганизмы).
Биоценоз (Mobius, 1877) характеризуется биомассой (общее коли-
20
чество живого вещества на Земле (около
10
тысячи тонн) и биологи-
ческой продуктивностью (биомасса, производимая популяцией или
сообществом на единице площади за единицу времени). В биоэкологии
также используется термин «биота» (от греческого – жизнь).
Биота – совокупность особей всех видов, населяющих определенный участок пространства. Термины Биота и биоценоз не синонимы,
так как биота рассматривается не как биосистема
, а как простая сово-
купность организмов всех видов, без учета их взаимоотношений.
Биотоп (от греч. «Bios» – жизнь + «Topos» – место) – однородное
по абиотическим факторам среды пространство в пределах водной,
наземной и подземной частей биосферы, занятое одним биоценозом.
Биотоп совместно с биоценозом составляет единый биогеоценоз,
характеризующийся самостоятельным обменом веществ и особым
типом использования
потока солнечной энергии. Биогеоценозами яв-
ляются: луга, леса, поля, водоемы.
1.2. ВИДЫ ОТНОШЕНИЙ ОРГАНИЗМОВ
В БИОЦЕНОЗАХ
Основу возникновения и существования биогеоценозов представляют взаимоотношения организмов и их разнообразные связи, которые
невероятно сложны. В первую очередь это трофические связи, внут-
ривидовые связи и межвидовые отношения всех типов.
Трофические (пищевые) связи всех взаимоотношений между ор-
ганизмами имеют первостепенное значение. Любой биоценоз включает
8
несколько трофических уровней, которые образуют трофическую
структуру сообщества.
Цепь питания – цепь взаимосвязанных видов, последовательно извлекающих органическое вещество и энергию из исходного пищевого
вещества. Каждое предыдущее звено цепи питания является пищей для
следующего звена. Пастбищная пищевая цепь (Ю. Одум, 1959) – цепь
питания, которая начинается с зеленых растений и идет к растительноядным, а затем к плотоядным животным. Детритная пищевая цепь –
пищевая цепь, первым звеном которой является мертвое органическое
вещество, поедаемое детритофагами, служащими, в свою очередь, пищей для хищников.
Трофические цепи состоят:
1) из продуцентов (от лат. продуцентис – производящий) авто-
трофных организмов, производящих органические вещества из неор-
ганических составляющих. Под воздействием
происходит процесс фотосинтеза:
6СО 6НО СН О 6О
22 61262
энергии, в хлорофилле
;
2) консументов – гетеротрофных организмов, первичных консументов (растительноядных организмов); вторичных консументов
(хищников) и паразитов первичных консументов;
3) редуцентов (от лат. редуцере – упрощение строения) гетеро-
трофных организмов, превращающих в ходе жизнедеятельности органические остатки в неорганические вещества. Типичными редуцентами являются бактерии и грибы. Редуценты – заключительное звено в
пищевой цепи в
экологической пирамиде.
Экологическая пирамида – графические изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме,
которое выражается: в единицах массы (пирамида биомасс); в числе
особей (пирамида чисел Элтона); в заключенной в особях энергии (пирамида энергий).
Закон пирамиды энергий Линдемана (Р. Линдеман, 1942) или
закон десяти процентов – это закон, согласно
которому при переходе
с одного трофического уровня экологической пирамиды на другой потребляется в среднем 10 % энергии биомассы или вещества в энергетическом выражении.
Закон однонаправленности потока энергии поясняет, что полу-
чаемая энергия, усваиваемая продуцентами, вместе с их биомассой
необратимо передается консументам первого, второго и других порядков, редуцентам, с падением
потока на каждом из трофических
уровней в результате процессов, сопровождающих дыхание. Внутри-
9
видовая конкуренция сильно зависит от плотности сообщества.
При низкой плотности численность его растет по S-образной кривой.
Увеличение плотности популяции ведет к уменьшению размеров сообщества.
Р. Линдеман
Рис. 1. Графическое изображение соотношения между продуцентами,
консументами и редуцентами в экосистеме
Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны:
Нейтрализм – (оба вида не оказывают какого-либо значительного
влияния друг на друга, мирно сосуществуют).
Например, орел и волк, т.е. виды не связаны и не конкурируют
между собой; но зависят от состояния сообщества в целом. В природе
истинный нейтрализм крайне редок, поскольку между всеми видами
возможны косвенные взаимоотношения.
Конкуренция – оба вида оказывают друг на друга неблагоприятное
воздействие. Межвидовая конкуренция формирует структуру экологических сообществ и лежат в основе существования биотических сообществ. Например, один вид рогоза вытесняет другой с мелководья, а
сам растет на больших глубинах. Межвидовая конкуренция может
привести к сосуществованию конкурирующих видов или
нию. Существует так называемая Теорема Гаузе; принцип конкурентного исключения или Закон Гаузе (Г.Ф. Гаузе, 1934)
согласно которому два вида не могут существовать в одной и той
же местности, если они занимают одну и ту же экологическую нишу.
В связи с этим принципом при ограниченности возможностей про-
их исключе-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]