I Закон минимализма. Ю.Либиха 1840 г.

Закон ограничивающего фактора или закон минимума Либиха — один из фундаментальных законов в экологии, гласящий, что наиболее значим для организма тот фактор, который более всего отклоняется от оптимального его значения. Поэтому во время прогнозирования экологических условий или выполнение экспертиз очень важно определить слабое звено в жизни организмов.

Именно от этого, минимально (или максимально) представленного в данный конкретный момент экологического фактора зависит выживание организма. В другие отрезки времени ограничивающим могут быть другие факторы. В течение жизни особи видов встречаются с самыми разными ограничениями своей жизнедеятельности. Так, фактором, ограничивающим распространение оленей, является глубина снежного покрова; бабочки озимой совки (вредителя овощных и зерновых культур) — зимняя температура и т. д.

Это закон учитывается в практике сельского хозяйства. Немецкий химик Юстус Либих установил, что продуктивность культурных растений, в первую очередь, зависит от того питательного вещества (минерального элемента), который представлен в почве наиболее слабо. Например, если фосфора в почве лишь 20 % от необходимой нормы, а кальция — 50 % от нормы, то ограничивающим фактором будет недостаток фосфора; необходимо в первую очередь внести в почву именно фосфорсодержащие удобрения.

II Закон Шелфорда

Закон Толерантности или Устойчивости

Закон лимитирующего фактора

закон толерантности, один из основополагающих принципов экологии, согласно к-рому присутствие или процветание популяции к.-л. организмов в данном местообитании зависит от комплекса экологич. факторов, к каждому из к-рых у организма существует определ. диапазон толерантности (выносливости). Диапазон толерантности по каждому фактору ограничен его миним. и макс, значениями, в пределах к-рых только и может существовать организм («экологич. стандарт» вида). Степень благополучия популяции (или вида) в зависимости от интенсивности воздействующего на неё фактора представляют в виде т. н. кривой толерантности, имеющей обычно колоколообразную форму с максимумом, соответствующим оптимальному значению данного фактора. Ш. п. выдвинуто в 1913 В. Шелфордом иа основании экспериментов по воздействию на насекомых физич. агентали разной интенсивности. Вместе с Либиха законом объединяется в принцип лимитирующих факторов. Лимитирующим может быть любой экологич. фактор (напр., кол-во мест, пригодных для устройства гнезда), но наиб, важным чаще оказываются темп-ра, вода, пища (для растений — наличие биогенных элементов в почве). Предложен ряд положений, дополняющих закон: диапазоны толерантности к отд. факторам и их комбинациям различны; организмы с широкими диапазонами толерантности (эврибионты) широко распространены; если уровень одного фактора выходит за пределы толерантности, сужается диапазон выносливости к др. факторам, и т. д.

Кривые толерантности стенотермных (а и в) (организмы с малым интервалом устойчивости) и эвритермных (б) (организмы с широким пределом устойчивости) организмов. По оси абсцисс — температура среды обитания, по оси ординат — активность (рост) организмов.

Экологическая ниша вида – совокупность требований организмов к составу и режиму экологических факторов и месту в пространстве, где эти требования удовлетворены.

Основной задачей охраны ОС – сохранение экологической ниши для каждого вида.

Теорема Гаузе

Два вида, существующие на одной территории, не имеют совершенно одинаковую экологическую нишу

Билет 7. Экологические факторы. Классификация организмов по отношению к экологическим факторам.

Экологические факторы – это любые условия среды, на которые организм реагирует приспособл. реакциями.

Среда обитания — совокупность условий и предметов, необходимых для существования какого-либо организма. Среда обитания — это часть природы, окружающей живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенное воздействие. Из среды организмы получают все необходимое для жизни и в нее же выделяют продукты обмена веществ. Среда каждого организма слагается из множества элементов неорганической и органической природы и элементов, привносимых человеком и его производственной деятельностью. При этом одни элементы могут быть частично или полностью безразличны организму, другие необходимы, а третьи оказывают отрицательное воздействие. Отдельные свойства и элементы среды, воздействующие на организмы, называют экологическими факторами. Все экологические факторы можно разделить на две большие группы:

Абиотические факторы — это комплекс условий неорганической среды, влияющих на организм. (Свет, температура, ветер, воздух, давление, и т. д.)

Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. (Влияние растений и животных на других членов биогеоценоза) Всего различают 4 среды обитания: водная, наземно-воздушная, почвенная и другие организмы.

Возможно также выделить следующие компоненты среды обитания: естественные тела среды обитания, гидросреду, воздушное пространство среды, атропогенные тела, поле излучений и тяготения среды

Классификация организмов по отношению к экологическим факторам.

стенотермных (а и в) (организмы с малым интервалом устойчивости) и эвритермных (б) (организмы с широким пределом устойчивости) организмов.

Билет 8. Биогеоценоз и экологические системы. Упрощенные антропогенные экосистемы.

Экосистема — сообщество организмов биоценоза и окружающей их неживой природы, образующее устойчивую и динамическую систему. Другими словами, совокупность биоценоза и биотопа.

В некоторых источниках экосистема не считается синонимом биогеоценоза. Эти авторы считают, что экосистема может не включать растительные сообщества, в то время, как в состав биогеоценоза они входят обязательно.

В биологии используются три близких по значению понятия:

1. Биоценоз — группа организмов разных видов взаимосвязанных между собой и исторически долго обитающих на определенной территории.

2. Биогеоценоз — биоценоз, который рассатривается во взаимодействии с абиотическими факторами, влияющими на него и сами изменяющиеся под его воздействием.

Биоценоз имеет синоним сообщество, ему также близко понятие экосистема.

3. Экосистема — группа организмов разных видов, взаимосвязанных между собой круговоротом веществ.

Каждый биогеоценоз — это экосистема, но не каждая экосистема — биогеоценоз. Для характеристики биогеоценоза используются два близких понятия: биотоп и экотоп. Биотоп - это территория, которую занимает биогеоценоз. Экотоп - это биотоп, на который оказывают воздействие организмы из других биогеоценозов.

Свойства биогеоценоза:

1. естественная, истррически сложившаяся система

2. система, способная к саморегуляции и поддержанию своего состава на опеределнном постоянном уровне

3. характерен круговорот веществ

4. открытая система для поступления и выхода энергии, основной источник которой - Солнце

Основные показатели биогеоценоза:

1. Видовой состав - количество видов, обитающих в биогеоценозе.

2. Видовое разнообразие - количество видов, обитающих в биогеоценозе на единицу площади или объема.

В большинстве случаев видовой состав и видовое разнообразие количественно не совпадают и видовое разнообразие напрямую зависитот исследуемого участка.

3. Биомасса - количество организмов биогеоценоза, выраженное в единицах массы. Чаще всего биомассу подразделяют на:

биомассу продуцентов

биомассу консументов

биомассу редуцентов

Упрощенные антропогенные экосистемы – город!

Лес (разнообразная экосистема) – пришел человек – с/х вместо леса (в экосистеме меньше составляющих) – город (уменьшение экосистем)

Билет 9. Механизмы, обеспечивающие равновесие естественных популяций. Гомеостаз и сукцессия. Типы сукцессии. Принцип эмерджентности.

Устойчивое динамическое равновесие в популяции обеспечивается гомеостазом. Обеспечивается видовым разнообразием в экосистемах (стабильность в популяции). Если в экосистеме появляются виды из других систем, то происходит нарушение равновесия – интродуция.

Внутривидовая конкуренция – это борьба зпа одни и те же ресурсы, происходящая между особями одного и того же вида. Внутривидовая регуляция – запрограммирована.

Любая деятельность человека приводит к нарушению механизмов управляющих равновесием.

Гомеостаз – способность биологических систем противостоять изменениям среды и сохранять относительное постоянство состава и свойств.

Сукце́ссия (от лат. succesio — преемственность, наследование) — последовательная необратимая и закономерная смена одного биоценоза (фитоценоза, микробного сообщества, биогеоценоза и т. д.) другим на определённом участке среды.

сукцессия – это восстановление системы или построение новой системы по средствам накопления биомассы (первичная, вторичная)

Выделяют первичную и вторичную сукцессии. Первичная происходит при заселении живыми организмами ранее безжизненных территорий, вторичная начинается при повреждении сообщества или изменении условий среды. Часто вторичные сукцессии могут быть автогенными, когда сообщество само создаёт условия, в которых не может существовать, и сменяется на другое. Эволюционная сукцессия – это внутривидовая изменчивость.

Сукцессия связана с отношением энергозатрат сообщества и валовой продукции биомассы.

Бывает автотрофной и гетеротрофной. Автотрофная сукцессия: происходит накопление орг.в-в за счет преобладания автотроф. Гетеротрофная – преобладают гетеротрофы

Каждая стадия сукцессии характеризуется преобладанием конкретной группы существ.

При изменении генофонда присходит адаптация к экологическим нишам. При изменении любого фактора ОС приспособление может пойти по 1 из 3 путей:

1.миграция; 2. Адаптация 3. Вымирание.

Естественная сукцессия – после естественных пожаров

Антропогенная сукцессия – возникает при удовлетворении нужд человека

Принцип эмерджентности

Биологические системы обладают свойствами, которые нельзя свести к сумме свойств подсистем.

Подходы к этой проблеме:

1. холестический (все изучается, как целое)

2. редукционистский (частное, мелкое)

В природе существуют крупные экосистемы, и их разбивают на отдельные экосистемы – биомы.

К биомам относят: леса, тундры.

Схема биогеоценоза по Сукачеву:

К лимотоп – климатическая составляющая экотоп

Эдафотоп – почвенная составляющая

М икроценоз – сообщество микробов биогеоценоз

Фитоценоз – сообщество растений биотоп

Зооценоз – сообщество животных

Экосистема обладает свойством устойчивости.

Билет 10. Популяция. Законы динамики популяций. Взаимодействия между видами и популяциями в экосистемах.

Популяция - определённая совокупность особей вида, входящая в состав конкретного биогеоценоза и проявляющаяся в нем своим определённым функционально-энергетическим воздействием.

Существует 3 закона динамики популяции

1. экспоненциального прироста

2. эсобразная? Динамика популяции

3. массовой гибели популяции

Взаимодействия между видами и популяциями в экосистемах.

Возможны следующие виды влияний одних организмов на другие:

положительное (+)

отрицательное (—)

нейтральное (0)

Таким образом, возможны следующие варианты отношений между двумя популяциями:

+ +: (обе популяции положительно влияют друг на друга).

Мутуализм — в естественных условиях популяции не могут существовать друг без друга (пример: симбиоз гриба и водоросли в лишайнике)

Симбиоз – взаимовыгодное положение видов

Протокооперация — отношения необязательны (пример: взаимоотношения гриба и актинии, актиния защищает гриб и использует его в качестве средства передвижения)

+ 0: Комменсализм — одна популяция извлекает пользу от взаимоотношения, а другая не получает ни пользы не вреда.

Сожительство — один организм использует другого (или его жилище) в качестве места проживания, не причиняя последнему вреда.

Нахлебничество — один организм питается остатками пищи другого

— 0: Аменсализм — одна популяция отрицательно влияет на другую, но сама не испытывает отрицательного влияния.

— —: Конкуренция — обе популяции отрицательно влияют друг на друга.

+ —: В результате взаимодействия популяций одна из них получает пользу, а вторая вред.

Паразитизм — симбиоз организмов, при котором один (паразит) использует другой (хозяин) в качестве источника питания или/и среды обитания, возлагая при этом (частично или полностью) на хозяина регуляцию своих отношений с внешней средой.

Хищничество — явление, при котором один организм питается органами и тканями другого, при этом не наблюдается симбиотических отношений.

0 0: Нейтрализм — обе популяции никак не влияют друг на друга.

Билет 11. Биотический потенциал и сопротивление среды.

Биотический потенциал популяции – это способность к размножению и пополнение способных к размножению, т.е. существование в определенных внешних условиях.

Ограничивающие или лимитирующие факторы называются сопротивлением среды.

Изменение популяции к-л вида – это нарушение динамического равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением ОС.

Биотический потенциал определяется рядом факторов:

- скорость размножения

- способность к расселению и захвату новых мест обитания

- способность выживать в неблагоприятных условиях

- наличие защитных механизмов

Общее свойство биотического потенциала определяет то, что численность популяции может резко расти по экспоненте и у всех видов он достаточно высок.

Резкое увеличение численности популяции – популяционный взрыв.

Сопротивление среды определяется:

1. нехваткой питания

2. не хваткой воды

3. нехватка подход. мест обитания

4. неблагоприятные погодные условия

5. хищники

6. паразиты

7. конкуренты

8. болезни

С ростом численности популяции обостряются поведенческие механизмы, кот. обостряют жизнь популяции (обостряется природа)

Билет 12. Пищевые цепи, трофические уровни. Изменение вещества и энергии в трофических цепях.

В основе любой биотической структуры лежат продуценты или автотрофы— организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических. Органические вещества продуцентов служат источником вещества и энергии для многочисленных животных.

Консументы I - фитофаги

Консументы II – животноядные

Детритофа́ги (от лат. detritus — распад, продукт распада и греч. φάγος — пожиратель), животные, которые питаются разлагающимся органическим материалом (детритом). Детритофаги являются важным звеном в круговороте веществ в живой природе, усиливая доступность органических веществ для бактерий.

Пищева́я цепь, трофическая или цепь питания — взаимоотношения между организмами, через которые в экосистеме происходит трансформация вещества и энергии. Так, например, трава служит пищей коровам, которые, в свою очередь, служат пищей человеку.

Трофи́ческий у́ровень — условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы.

Цикл замкнут. Каждый последующий цикл цепи меньше предыдущего.

Организация живых и неживых систем: системы подчиняются законам сохранения массы и энергии.

З-н сохранения массы: Атомы в течение хим.реакции не исчезают, не образовываются и не превращаются друг в друга, они лишь перегруппировываются с образованием различных молекул и соединений.

Процесс поглощения и выделения энергии происходит в соотвествии с законами термодинамики. Энергия не возникает и не исчезает, а лишь переходит из одной формы в другую. Превращение энергии происходит с КПД, не равным 100%. Всегда не избежна потеря части энергии в виде низкопотенциальной энтропии. Любые процессы в природе приводят к увеличению энтропии.

Энергия, необходимая для образования орг. мол-л м.б. получен в результате поглощения солнечной энергии или использования потенциальной энергии некоторых неорганических веществ. Гетеротрофы не способны использовать солнечную энергию и получать энергию за счет превращения ассеминированных органических веществ, созданных автотрофами.

Энергия используется для обеспечения деятельности. Эта энергия образуется за счет сложного многоступенчатого окисления в клетках живых организмов. (клеточное дыхание). Процесс жизнедеятельности протекает с малым КПД. Большая часть энергии превращается в низкопотенц. тепло, выделяющееся в ОС – энтропия.

Билет 13. Круговорот углерода. Полезные ископаемые. Круговорот азота.

Основные законы функционирования экосистем.

Развитие экосистем подчиняется 3 основным принципам:

1. получение ресурсов и избавление от отходов происходит в рамках круговорота всех элементов.

2. Экосистема существу4ет за счет экологически чистой и практически вечной солн.энергии, кол-во кот.постоянно и избыточно.

3. Чем больше биомасса популяции, чем ниже занимаемый ей трофический уровень

Получение ресурсов и избавление от отходов – это основной принцип функционирования экосистем. Все процессы, происходящие в экосистеме, представляет собой непрерывный круговорот органических веществ. Наличие замкнутости придают конечным элементам свойство бесконечных.