Куренщиков ДК_Экология_лекции_2013_1

гии. Тем не менее, в тундре обитает столько видов, сколько необходимо для обеспечения круговорота веществ в рамках энергетического потока.

Наглядным примером правила Уоллеса является изменение разнообразия видов растений от полярных пустынь к лесотундре (рис. 27).

В Арктике, занимающей примерно 4 % площади Земли, обитает всего около 1 % видов живых существ. Это обусловлено общим снижением видового разнообразия с юга на север из-за уменьшения количества климатического тепла.

Правило А. Уоллеса справедливо как для географической зональности в целом, так и для аналогичных биотических сообществ, которые могут формироваться на разной высоте над уровнем моря. При этом проявляется своеобразная вертикальная зональность, суть которой объясняется правилом, формально установленным в 1951 г. Вальтером и Алехиным и получившим название правила предварения, или правила постоянства местообитания.

3.5.4. Правило предварения Алехина–Вальтера

Алехин Василий Васильевич (1882–1946), советский ботаник, основатель Московской геоботанической школы,

всвоей статье «Типы русских степей», опубликованной

в1915 г., сформулировал правило предварения или правило постоянства местообитания. «Часто случается, что растения, живущие на некоторой географической широте на горизонтальных плоских водоразделах (на «плакорах», т. е. равнинных условиях), встречаются севернее

91

только на более нагреваемых склонах южной экспозиции, а южнее данного района, наоборот, тяготеют к более прохладным северным склонам (рис. 28).

В двух последних случаях растения существуют в экстразональных условиях. Таким образом, в пределах сколь угодно узкой климатической полосы, в зависимости от разнообразия рельефа и тепловых свойств субстратов, всегда наблюдается достаточно большое разнообразие ме-

стообитаний, отличающихся по тепловому режиму». Исходя их вышесказанного, можно заметить, что плакорный вид, или плакорный фитоценоз, предваряется на юге или на севере в соответствующих условиях местообитания. Это отклонение от правил зональности связано с углом падения солнечных лучей.

Генрих Вальтер (1898–1989), немецкий эколог, переоткрыл правило Алехина в 1951 г.

Выявленная закономерность имеет большое значение, так как позволяет достаточно точно описать растительность еще не изученных территорий и реконструировать его прежний облик в местах, где он был уничтожен.

3.5.5. Правило биологического усиления

Известно, что накопление живыми организмами ряда химических неразрушающихся веществ (тяжелые металлы, пестициды, радионуклиды и др.), ведет к биологическому усилению их действия по мере прохождения в биологических циклах и по пищевым цепям. В наземных экосистемах с переходом на каждый трофический уровень происходит, по крайней мере, 10-кратное увеличение концентрации токсических веществ. В водных экосистемах накопление многих токсических веществ (например, хлорсодержащих пестицидов) коррелирует с массой жиров (липидов). Токсические вещества могут вызвать мутагенный, канцерогенный, летальный и другие эффекты. Кроме того, такие загрязнители способны образовывать другие ядовитые вещества, трансформируясь в окружающей среде. В настоящее время единственным возможным способом снизить их отрицательное воздействие на окружающую среду является нормирование их применения в технологических процессах.

В настоящее время сформулированы многие другие правила, имеющие отношение к экологии, например, правило географического опти-

92

мума. Согласно этому правилу, в центре видового ареала условия оптимальны для существования вида. Они ухудшаются при продвижении к периферии видового ареала. Другим примером служит правило Глогера: окраска животных в холодном и сухом климате сравнительно светлее, чем в теплом и влажном. Некоторые другие правила и законы, будут рассмотрены нами в следующих лекциях.

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.Выберите правильный ответ. Многие насекомые скользят по поверхности воды потому что:

а) у воды высокое поверхностное натяжение; б) у воды высокая вязкость; в) вода прозрачна;

г) молекулы воды поляризованы.

2.Выберите правильный ответ. Рыба не замерзает во льду так как:

а) плотность льда меньше плотности жидкой воды: б) температура воды зимой не менее +10 °С; в) у льда большая теплоёмкость; г) высокое поверхностное натяжение воды.

3. Приведите в соответствие классы животных организмов с их адап-

4. Приведите в соответствие разные виды растений с их адаптация-

93

6.Выберите правильный ответ. В сообществах почва играет роль: а) источника минеральных ресурсов; б) поставщика энергии для фотосинтеза; в) накопителя кислорода; г) регулятора светового режима.

7.Выберите правильный ответ. Жизнь существует в литосфере потому, что:

а) присутствует песок; б) присутствует кислород;

в) присутствует газообразный азот; г) достаточное содержание хлорида натрия.

8.Выберите правильный ответ. Организменная среда жизни заселена: а) ксерофитами и гидрофитами (ксерофиты – растения сухих мест); б) паразитами и симбионтами; в) гигрофитами и мезофитами (гигрофиты – растения, обитающие в

местах с высокой влажностью воздуха); г) хищниками и консументами.

9.Выберите два правильных ответа. К органолептическим характеристикам водоемов относятся:

а) содержание растворенного кислорода; б) запах воды; в) буферность водоема;

г) цветность воды.

10.Выберите два правильных ответа. К педобионтам относятся:

11.Выберите два правильных ответа. К особенностям почвы как среды обитания относятся:

а) высокая плотность среды; б) большое содержание кислорода;

в) относительная безопасность существования; г) низкое атмосферное давление.

12.Выберите два правильных ответа. Особенности атмосферы как среды обитания:

а) нулевая видимость; б) резкие суточные и сезонные перепады температуры;

в) падение атмосферного давления с высотой; г) высокая плотность среды.

94

13. Выберите правильный ответ. В тропосфере наибольшее процент-

14.Выберите два правильных ответа. Особенности организменной среды обитания:

а) высокое содержание кислорода; б) обилие пищи;

в) хорошая защищенность от факторов внешней среды; г) низкое атмосферное давление.

15.Выберите правильный ответ. Инсоляция – это:

а) облучение земной поверхности солнечной радиацией; б) использование солнечной энергии в процессе фотосинтеза; в) облучение Земли радоном;

г) облучение земной поверхности радиоактивным излучением.

16.Выберите правильный ответ. Эндосимбионты – это: а) организмы, живущие на теле хозяина;

б) организмы, паразитирующие в тканях и органах хозяина; в) организмы, живущие совместно и приносящие пользу друг другу; г) организмы, обитающие в почве.

17.Выберите правильный ответ. Интенсивность факторов, наиболее благоприятная для роста и развития организмов, называется:

18.Выберите правильный ответ. Лимитирующие факторы – это: а) факторы, способствующие росту и развитию организмов; б) факторы, ограничивающие рост и развитие организмов; в) факторы, взаимодействующие с организмами; г) факторы, косвенно воздействующие на живые организмы.

19.Выберите правильный ответ. Закон минимума был сформулирован

20. Выберите правильный ответ. Зона толерантности – это: а) зона гибели организмов; а) зона интенсивного развития организмов;

а) диапазон между минимумом и максимумом воздействия экологического фактора;

а) диапазон между пессимум и оптимумом.

95

21. Закон толерантности был сформулирован:

22.Выберите два правильных ответа. Эврибионтные организмы – это: а) пластичные организмы; б) приспособлены к узкому диапазону экологических факторов;

в) адаптированы к широкому диапазону экологических факторов; г) растительноядные организмы.

23.Выберите два правильных ответа. Стенобионтные организмы – это: а) не пластичные организмы; б) приспособленные к узкому диапазону экологических факторов;

в) адаптированные к широкому диапазону экологических факторов; г) хищники.

24.Выберите правильный ответ. Экологическая валентность – это:

а) способность организмов выживать при разных диапазонах экологических факторов;

б) способность организмов выживать при узком диапазоне экологических факторов;

в) способность организмов изменять амплитуду экологического фактора; г) способность организмов уберечься от хищников.

25.Выберите правильный ответ. Гомойотермные организмы – это: а) теплокровные животные; б) холоднокровные животные; в) теплолюбивые растения; г) влаголюбивые растения.

26.Выберите правильный ответ. Пойкилотермные организмы – это: а) теплокровные животные; б) холоднокровные животные; в) теплолюбивые растения; г) влаголюбивые растения.

27.Приведите в соответствие животных с группами по температурному фактору:

96

28.Выберите правильный ответ. Конкуренция – это: а) сожительство двух видов, полезное для обоих; б) один вид живет за счет другого, нанося ему вред;

в) соперничество за обладание и использование какого-либо ресурса; г) один организм живет за счет другого, не принося ему вреда.

29.Выберите правильный ответ. Мутуализм – это:

а) сожительство двух видов, полезное для обоих; б) один вид живет за счет другого, нанося ему вред;

в) соперничество за обладание и использование какого-либо ресурса; г) один организм живет за счет другого, не принося ему вреда.

30.Выберите правильный ответ. Хищничество – это: а) один организм питается другим организмом; б) один вид живет за счет другого, нанося ему вред;

в) соперничество за обладание и использование какого-либо ресурса; г) один организм живет за счет другого, не принося ему вреда.

31.Выберите правильный ответ. Аменсализм – это:

а) один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы;

б) один вид живет за счет другого, нанося ему вред; в) соперничество за обладание и использование какого-либо ресурса;

г) один организм живет за счет другого, не принося ему вреда.

32. Выберите правильный ответ. Комменсализм – это:

а) один из совместно обитающих видов угнетает другой, не получая от этого ни вреда, ни пользы;

б) один вид живет за счет другого, нанося ему вред; в) соперничество за обладание и использование какого-либо ресурса;

г) один организм живет за счет другого, не принося ему вреда.

33.Выберите два правильных ответа. Зона пессимума – это: а) зона благоприятного воздействия экологического фактора; б) зона угнетения организмов; в) зона гибели организмов;

г) зона интенсивного роста и размножения организмов.

34.Выберите два правильных ответа. Ксерофиты – это:

а) растения, произрастающие в условиях недостаточного увлажнения; б) животные, обитающие в морях; в) растения теплолюбивые; г) растения засухоустойчивые.

97

35. Приведите в соответствие виды биотических связей и примеры:

36. Приведите в соответствие экологические факторы и примеры:

Лекция 4 ЭКОСИСТЕМА: СОСТАВ, СТРУКТУРА, РАЗНООБРАЗИЕ

План лекции

4.1.Популяции: определение, характеристики, структура.

4.1.1.Определение.

4.1.2.Характеристики.

4.1.3.Структура.

4.2.Понятие об экосистеме. Классификация экосистем.

4.3.Типы экосистем.

4.3.1.Наземные биомы.

4.3.2.Типы пресноводных экосистем.

4.3.3.Типы морских экосистем.

4.3.4.Ритмы экосистем.

4.4.Гомеостаз экосистем.

4.5.Динамика экосистем.

4.6.Продукция и энергия в экосистемах.

4.6.1.Экологические пирамиды.

4.6.2.Виды трофических цепей.

Тестовые задания.

4.1. Популяции: определение, характеристики, структура

4.1.1. Определение

В экосистемах, равно как и в биоценозах, основными «действующими лицами» биотического компонента являются популяции. Исходя из этого, на наш взгляд обсуждение темы четвертой лекции целесообразно начать именно с этого уровня организации живого вещества.

Впервые термин популяции употребил В. Иогансен в начале ХХ в. Популяция (от лат. populus народ, население) – совокупность особей

одного вида, обменивающихся генетической информацией, объединенных общими условиями существования, необходимыми для поддержания численности в течение длительного времени.

98

Ключевым моментом в определении является то, что в популяцию входят особи именно одного вида живых организмов. Эти особи входят в состав биоценозов, и именно популяции (но не виды) играют определенную роль в функционировании экосистем. В принципе, скрещивание между особями разных популяций возможно, но вероятность такого события значительно меньше, чем скрещивание особей одной популяции, что связано с их географической разобщённостью. Примерами популяций могут служить группировки карасей в озере, осетров в р. Амуре, белок в лесах Большого Хехцира, ряски на отдельном болоте и так далее. Население Хабаровска, как и других населённых пунктов – тоже популяция. Не являются популяциями экзотические растения, культивируемые

вквартирах, животные, содержащиеся на фермах.

Сточки зрения географической протяжённости ареала различают следующие типы популяций. 1. Элементарная – популяция существует

впределах однородной среды обитания: вейникового луга, небольшого водоёма, дубовой рёлки. Очевидно, что обмен генетической информацией среди особей элементарной популяции проходит наиболее интенсивно. 2. Экологическая – совокупность элементарных популяций в пределах мезоэкосистемы. Экологическая популяция слагается из нескольких элементарных популяций. В большинстве случаев, между экологическими популяциями не существует непреодолимых барьеров. 3. Географическая – популяция существует в географически однородных условиях, в пределах макроэкосистем и слагается из экологических популяций. Скрещивание между особями, обитающими в различных точках географической популяции, затруднено, но возможно. Кроме того, особи, обитающие в разных частях ареала, могут иметь морфологические различия. Например, соболи, обитающие в Верхнебуреинском районе Хабаровского края, имеют более густой и темноокрашенный мех по сравнению с соболями более южных территорий.

4.1.2. Характеристики

Как и любой другой объект, популяции имеют определённые характеристики. Рассмотрим наиболее важные.

1. О б щ а я ч и с л е н н о с т ь . Определяется при проведении учетных работ и выражается в абсолютных цифрах. Например, численность популяции тигра в Хабаровском и Приморском краях составила 450–500 особей. Не всегда возможно определение абсолютной численности особей. В этих случаях оценивается плотность популяции на некоторых участках и делается пересчёт на ту площадь (в случае исследования популяций водных организмов – на объём), которая интересует исследователя.

2. П л о т н о с т ь . Для наземных видов плотность выражается в количестве особей на единицу площади: квадратный сантиметр, квадратный метр, гектар, квадратный километр – в зависимости от размера изучаемых организмов. Для водной биоты плотность выражается в количестве особей на единицу объёма: кубический сантиметр, кубический метр, ку-

99

бический километр – выбор размерности тоже производится в зависимости от размера объектов исследования. Трудно представить, чтобы особи популяции равномерно распределялись по всей площади или объёму ценоза. Обычно особи распределены в пространстве агрегировано. Поэтому, подсчёт особей проводят на нескольких площадках, количество отмеченных особей усредняют и экстраполируют полученный результат на весь ценоз. Для выявления плотности активно передвигающихся животных (волки, тигры, изюбри, медведи) проводят учет их следов на определённом маршруте, в дальнейшем, определяя плотность членов популяции по специальным методикам.

3.Р о ж д а е м о с т ь . Число особей, родившихся за единицу времени. Для наземных популяций млекопитающих или птиц такой единицей служит год. У многих видов (медведи, сороки) рождение приурочено к определенному времени года, что облегчает установление рождаемости в популяции таких видов. В ряде случаев определение рождаемости затруднено или не входит в задачи исследований. Так, сложно определить рождаемость в популяциях насекомых, которые дают одно поколение в год, например, непарный шелкопряд Lymantria dispar. Сформировавшиеся гусеницы этого насекомого перезимовывают в яйце и выходят в мае, начиная в это время активное питание. Определить количество вышедших из яйца гусениц не представляется возможным. В таких случаях больший интерес представляет с м е р т н о с т ь особей на различных стадиях развития: гусеницы I–V возрастов, куколка, взрослое насекомое.

4.Смертность. Этот показатель характеризует гибель особей популяции за определённый период: за год, за месяц, за день, за время стадии развития (у насекомых, например) – в зависимости от цели исследования. У большинства видов насекомых смертность в период развития от яйца до имаго составляет от 90 до 95 %. Наибольшая смертность

впопуляциях наблюдается на

100