Тема 4. Биосфера

9. Общие понятия экологии

Экология - наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

Экосистема - сообщество живых организмов и среда их обитания, которые функционируют совместно, т. е. обмен вещества и энергии происходит в них во взаимосвязи.

С точки зрения трофических (от греч. трофе - питание) отношений экосистема имеет два компонента (которые обычно частично разделены во времени и пространстве):

1) автотрофный компонент (автотрофный - самостоятельно питающийся), для которого характерны фиксация световой энергии, использование простых неорганических веществ и построение сложных веществ,

2) гетеротрофный компонент (гетеротрофный - питаемый другими), для которого характерны утилизация, перестройка и разложение сложных веществ.

Экосистема состоит из четырех основных элементов.

1. Неживая (абиотическая) среда - вода, минеральные вещества, газы, органические остатки и гумус.

2. Продуценты (производители) - живые существа, способные из неорганических материалов среды строить органические вещества.

3. Консументы - потребители растительной продукции.

4. Редуценты (деструкторы) - группа организмов, которые разлагают органические остатки, превращая их в исходное сырье (вода, минеральные вещества и углекислый газ), пригодное для продуцентов. К редуцентам относятся черви, личинки насекомых и другие мелкие почвенные организмы.

Первый трофический уровень образуют автотрофные организмы. Они являются первичными продуцентами. Они утилизируют энергию солнца, создают массу органического вещества (биомассу), являются основой существования жизни вообще и биоценоза в частности. К числу первичных продуцентов относятся растения.

Гетеротрофы представлены животными, бактериями и грибами, получающими энергию путем усвоения органических веществ, разложения мертвых тканей. Это - второй трофический уровень, который представлен консументами.

Третья группа - организмы, разлагающие отходы жизнедеятельности и отмершие организмы до минеральных веществ - редуценты.

Природный комплекс, состоящий из определенных групп живых существ и среды их обитания называют экологической системой или биогеоценозом. Это элементарная единица биосферы.

Живое вещество биогеоценоза объединяется понятием «биоценоз» (фитоценоз+зооценоз+микробоценоз). Внешняя среда биоценоза обозначается понятием «биотоп».

Совокупность биоценоза и биотопа называют биогеоценозом.

Природные условия, оказывающие влияние на жизнедеятельность организмов, называют экологическими факторами.

Солнечный свет представляет собой электромагнитное излучение с различными длинами волн.

Свет улавливается зелеными растениями в процессе фотосинтеза:

6 СО₂ + 6Н₂О = С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

В среднем 0,1% энергии, получаемой Землей от Солнца, связывается в процессе фотосинтеза и превращается в биомассу растений-продуцентов. Максимум полезной работы наблюдается в лесах - до 1,2% от солнечного излучения, минимум характерен для пустынь, тундр и океана.

Температура является важным и часто лимитирующим фактором среды. Распространение различных видов и численность популяций существенно зависят от температуры. Живые организмы приспосабливаются к различным температурным условиям; одни могут жить при постоянной температуре, другие адаптированы к колебаниям температуры.

Влажность (вода, ее количество и качество в окружающей среде), является лимитирующим физическим фактором как в наземных, так и в водных экосистемах. Вода составляет основную массу организмов животных и растений. Ткани большинства живых организмов на 50-80% состоят из воды.

Химический экологический фактор характеризует состав среды обитания. Химический фактор определяет допустимые изменения химического состава среды, в рамках которого сохраняется жизнедеятельность организма.

Сущность химического экологического фактора вытекает из закона толерантности.

Согласно закону толерантности: существование живого организма невозможно при недостатке или избытке конкретного жизненно необходимого химического элемента в среде обитания в доступной для организма форме.

В характере воздействия любых экологических факторов можно выделить закономерности:

Закон оптимума – каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организм.

Для каждого вида существует свой закон оптимума, и уменьшение или усиление влияния фактора ведет к гибели организма.

Принцип минимума: биопродуктивность экосистемы определяется единственным лимитирующим (ограничивающим) фактором, интенсивность которого близка к минимуму, необходимому организму.

В начале 70-х гг. американский эколог Б. Коммонер сформулировал четыре положения, раскрывающие суть системы рационального природопользования.

1. Все связано со всем. Это положение об экосистемах и биосфере.

2. За все надо платить. Это всеобщий «закон» рационального природопользования. Платить нужно энергией за дополнительную очистку отходов, удобрением - за повышение урожая.

3. Все надо куда-то девать. Это положение о хозяйственной деятельности человека, отходы от которой неизбежны, и потому нужно думать и об уменьшении их количества и о последующем захоронении этих отходов.

4. Природа знает лучше. Это самое важное положение природопользования, которое означает, что нельзя пытаться покорять природу, а нужно сотрудничать с ней, используя биологические механизмы для очистки стоков и повышения урожая культурных растений.