- •Национальный исследовательский ядерный университет «мифи»
- •Лекция 1. Системная организация жизни
- •1. 2. Главные уровни организации жизни и экология
- •1.3. Организм как живая целостная система
- •1.4. Среде обитания и экологические факторы
- •1.5. Лимитирующие экологические факторы
- •3.Кругооборот азота.
- •Лекция 2. Экология популяций.
- •Лекция 3. Экосистемы
- •3.2. Структурная организация экосистемы
- •3.3. Продукция экосистемы. Первичная и вторичная продукция. Классификация сообществ по продуктивности.
- •3.4. Гомеостаз и динамика экосистемы
- •3.5. Стабильность (ёмкость и устойчивость ) экосистем
- •3.6 Пищевая сеть. Трофические уровни.
- •Лекция 4. Учение Вернадского о биосфере.
- •4.1.Биосфера: понятие, структура.
- •4.2. Кругооборот веществ в биосфере
- •4.1.Биосфера: понятие, структура
- •4.2. Кругооборот веществ в биосфере
- •5.1. Общие положения
- •5.2. Загрязнение - главнейший вид негативного воздействия на биосферу
- •5.3. Классификация загрязнений окружающей среды
- •5.4 .Загрязнение атмосферы. Структура и состав атмосферы
- •5.4.1. Источники загрязнения атмосферы
- •5.4.2.Классификация промышленных выбросов в атмосферу
- •5.4.3. Последствия загрязнения атмосферы
- •6. Загрязнение гидросферы
- •6.2. Источники загрязнения гидросферы
- •6.3. Загрязнения литосферы
- •6.4. Защита атмосферы
- •6.5. Защита гидросферы
- •6.6. Защита литосферы
- •6.7. Защита от отходов производства и потребления
- •Лекция 7, 8. Обеспечение устойчивого развития
- •7.2. Экологические последствия глобального загрязнения атмосферы
- •7.3. Природные ресурсы и их классификация
- •8.1. Общие инженерные принципы природопользования
- •I принцип:
- •II принцип:
- •III принцип:
- •IV принцип:
- •V принцип:
- •VI принцип:
- •8.2.Экологический мониторинг
- •8.3. Ущерб от загрязнения окружающей среды
1.5. Лимитирующие экологические факторы
Впервые на значение лимитирующих факторов указал немецкий агрохимик Ю. Либих в середине XIX в. Он установил закон минимума: урожай (продукция) зависит от фактора, находящегося в минимуме. Если в почве полезные компоненты в целом представляют собой уравновешенную систему и только какое-то вещество, например, фосфор, содержится в количествах, близких к минимуму, то это может снизить урожай. Но оказалось, что даже те же самые минеральные вещества, очень полезные при оптимальном содержании их в почве, снижают урожай, если они в избытке. Значит, факторы могут быть лимитирующими, находясь и в максимуме.
Таким образом, лимитирующими экологическими факторами следует называть такие факторы, которые ограничивают развитие организмов из-за их недостатка или избытка по сравнению с потребностью (оптимальным содержанием). Их иногда называют ограничивающими факторами.
Что касается закона минимума Ю. Либиха, то он имеет ограниченное действие и только на уровне химических веществ. Р. Митчерлих показал, что урожай зависит от совокупного действия всех факторов жизни растений, включая сюда температуру, влажность, освещенность и т. д.
Различия в совокупном и изолированном действиях относятся и к другим факторам. Например, с одной стороны, действие отрицательных температур усиливается ветром и высокой влажностью воздуха, но с другой – высокая влажность ослабляет действие высоких температур и т. д. Но несмотря на взаимовлияние факторов, все-таки они не могут заменить друг друга, что и нашло отражение в законе независимости факторов В. Р. Вильямса: условия жизни равнозначны, ни один из факторов жизни не может быть заменен другим. Например, нельзя действие влажности (воды) заменить действием углекислого газа или солнечного света и т. д.
Наиболее полно и в наиболее общем виде всю сложность влияния экологических факторов на организм отражает закон толерантности В. Шелфорда: отсутствие или невозможность процветания определяется недостатком (в качественном или количественном смысле) или, наоборот, избытком любого из ряда факторов, уровень которых может оказаться близким к пределам переносимого данным организмом. Эти два предела называют пределами толерантности.
Относительно действия одного фактора можно проиллюстрировать этот закон так: некий организм способен существовать при температуре от минус 5 до плюс 25 °С, т. е. диапазон его толерантности лежит в пределах этих температур. Организмы, для жизни которых требуются условия, ограниченные узким диапазоном толерантности по величине температуры, называют стенотермными («стено» – узкий), а способные жить в широком диапазоне температур – эвритермными («эври» – широкий) (рис. 1.3).
Подобно температуре действуют и другие лимитирующие факторы, а организмы по отношению к характеру их воздействия называют, соответственно, стенобионтами и эврибионтами. Например, говорят, организм стенобионтен по отношению к влажности или эврибионтен к климатическим факторам и т. п.
Рис.1.3. Сравнение относительных пределов толерантности стенотермных и эвритермных организмов
Организмы, эврибионтные к основным климатическим факторам, наиболее широко распространены на Земле.
Диапазон толерантности организма не остается постоянным – он, например, сужается, если какой либо из факторов близок к какому-либо пределу или при размножении организма, когда многие факторы становятся лимитирующими. Значит, и характер действия экологических факторов при определенных условиях может меняться, т.е. он может быть, а может и не быть лимитирующим. При этом нельзя забывать, что организмы и сами способны снизить лимитирующее действие факторов, создав, например, определенный микроклимат (микросреду). Здесь возникает своеобразная компенсация факторов, которая наиболее эффективна на уровне сообществ, реже – на видовом уровне.
Такая компенсация факторов обычно создает условия для физиологической акклиматизации вида-эврибиота, имеющего широкое распространение, который, акклиматизируясь в данном конкретном месте, создает своеобразную популяцию, которую называют экотипом, пределы толерантности которой соответствуют местным условиям. При более глубоких адаптационных процессах здесь могут появиться и генетические расы.
Итак, в природных условиях организмы зависят от состояния критических физических факторов, от содержания необходимых веществ и от диапазона толерантности самих организмов к этим и другим компонентам среды.
1 .Кругооборот углерода.
Сложный механизм эволюции на Земле определяется химическим элементом «углерод». Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО- часть атмосферного воздуха. Источники СО- вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.
Атмосфера интенсивно обменивается СОс мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СОхорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, т.е. СОбольше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СОв холодных областях и частично «выдувает» в тропиках.
Избыточное количество СОв океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.
Фитопланктон в океане в процессе фотосинтеза поглощает СО. Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ.
Углерод С из молекулы СО2 в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО2.
Также углерод присутствует в нефти и угле. Сжигая топливо, человек также завершает цикл углерода, содержащегося в топливе - так возникает био- технический кругооборот углерода.
Оставшаяся масса углерода находится в карбонатных отложениях дна океана (1,3-10т), в кристаллических породах (1-10т), в угле и нефти (3,4- 10т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-10т).
2. Кругооборот фосфора.
Этот элемент входит в состав генов и молекул, переносящих энергию внутри клеток, в костную ткань. В различных минералах фосфор содержится в виде ионов PO. Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают ионы PO из водного раствора и включают в состав различных органов соединений. По пищевым цепям он переходит от растений к другим организмам. На каждом этапе фосфор может быть выведен из организма в составе мочи.
Разница с кругооборотом углерода - в кругообороте углерода есть газообразная фаза (СО2), у фосфора - газовой фазы нет.
Фосфаты циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие фосфор отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так и происходит. Фосфор может также поступать с моющими средствами и удобрениями.