- •1. Цель курса.
- •2. История экологии.
- •3. Современные экологические проблемы, роль экологии в их решении.
- •4. Структура экологии.
- •5. Значение экологии.
- •1. Международная биологическая программа (1964-1974) (мбп).
- •2. Программа «Человек и биосфера» (маб).
- •1. Основные определения.
- •2. «Закон» минимума Либиха.
- •3. «Закон» толерантности Шелфорда.
- •4. Обобщенная концепция лимитирующих факторов.
- •1. Диапазон активности организмов в зависимости от температурных условий.
- •2. Периодичность температурного фактора.
- •3. Зональность распределения организмов.
- •1. Солнечный свет и его составляющие.
- •2. Световой режим в различных географических зонах.
- •3. Экологические характеристики света.
- •1. Общая характеристика гидросферы.
- •2.Потеря воды и пополнение её запасов организмами.
- •3. Классификация организмов в зависимости от их потребности в воде.
- •1. Состав воздуха и его значение в жизни организмов.
- •2. Радиоактивность и ионизация в атмосфере.
- •3. Почвенный покров Земли.
- •4. Физические свойства почвы и их экологическое значение.
- •1. Термодинамические законы в экосистеме.
- •2. Энергетические характеристики среды.
- •3. Пищевые цепи, пищевые сети и трофические уровни.
- •4. Трофическая структура и экологические пирамиды.
- •5. Продуктивность экосистемы.
- •6. Измерение первичной продуктивности.
- •7. Продуктивность экосистемы.
- •1. Понятия местообитания и экологической ниши.
- •2. Экологические эквиваленты.
- •3. Смещение признаков: симпатрия и аллопатрия.
- •1. Естественный отбор: аллопатрическое и симпатрическое видообразование.
- •2. Искусственный отбор. Одомашнивание.
- •1. Определения.
- •2. Внутрипопуляционные процессы.
- •4. Возрастная структура популяций.
- •3. Типы роста популяций.
- •4. Пространственная структура популяций.
- •5. Этологическая структура популяций.
- •1. Разнообразие биологических сообществ.
- •2. Структурные системы классификации.
- •1. Экологические принципы жизни сообщества.
- •2. Открытые и замкнутые сообщества.
- •3. Сукцессии.
- •4. Консортивные связи в биоценозе.
- •5. Модель экологической сукцессии. Тенденции, которых следует ожидать в развитии экосистем.
- •1. Научная деятельность в.И. Вернадского, приведшая к возникновению теории о биосфере.
- •2. Характеристика биосферы по Вернадскому.
- •3. Геологический круговорот веществ. Единство малого и большого круговоротов веществ.
- •1. Понятие о техносфере и антропогенном обмене веществ.
- •2. Понятие «ноосфера».
- •1. Понятие о биогеохимических круговоротах.
- •2. Блочная модель круговорота биогенных элементов.
- •1. Круговорот углерода.
- •2. Круговорот воды.
- •3. Круговорот кислорода.
- •4. Круговорот азота.
- •5. Круговорот фосфора.
- •Глава 1. Экология мегаполиса
- •1.1. Статистика городского населения на 2000 г.
- •1.2. Вступительное слово о проблемах города.
- •1.3. История возникновения города.
- •1.4. Отличия города от деревни.
- •1.6. Стадии урбанизации.
- •1.7. Рост конурбаций или мегаполисов.
- •1.8. Возникновение пригородов.
- •1. 9. Кризис городов.
- •Глава 2. Антропогенное воздействие на биосферу
- •2.1. Основные экологические проблемы современности и пути их решения.
- •2.2.Экологические принципы рационального природопользования.
- •2.5. Экозащитная техника и технологии.
- •2.6. Экологическое управление.
- •2.7.Профессиональная ответственность.
7. Продуктивность экосистемы.
Пример 1. Модель экосистемы соевого поля
В целом модель «соевой экосистемы» иллюстрирует два важных положения:
1. Поскольку трудно провести чёткую грань между дыханием растений и дыханием связанных с ними микроорганизмов, трудно разделить чистую первичную продукцию и чистую продукцию сообщества. Это обстоятельство особенно важно при изучении лесов или других сообществ с большой биомассой, в которых соответственно больше энергии идёт на дыхание.
2. Такой «предусмотрительный» консумент, как человек, не должен стремиться получить более одной трети валовой (или половины чистой) продукции, если он не готов поставлять энергию для замены тех «механизмов самообслуживания», которые развились в природе, чтобы обеспечить долговременное поддержание первичной продукции в биосфере.
Таблица 8.1. Распределение энергии валовой продукции в культурной экосистеме
Поток энергии |
Использованная валовая продукция, % |
Остаток валовой продукции, % |
1. Дыхание растений Теоретическая чистая первичная продукция |
25 - |
- 75 |
2. Симбиотические микроорганизмы (азотфиксирующие бактерии и микоризные грибы) Чистая первичная продукция, затраченная на нужды полезных симбионов |
5
- |
-
70 |
3. Корневые нематоды, насекомые-фитофаги, патогенные организмы Чистая продукция сообщества, первично потреблённая 2вредителями» |
5
- |
-
65 |
4. Бобы, собранные человеком (вынос из системы) Стебли, листья и корни, оставшиеся в поле |
32
- |
-
33 |
5. Органическое вещество, разложившееся в почве и подстилке Годовой прирост |
33
- |
-
0 |
Пример 2.
Предпринимались многочисленные попытки оценить первичную продуктивность биосферы в целом.
В таблице 8.2. приведены осторожные оценки валовой первичной продуктивности основных типов экосистем. Анализ оценок средних величин для больших площадей показывает, что продуктивность колеблется в пределах двух порядков – от 200 до 20000 ккал на 1 м2 в год.
Обширные пространства Земли попадают в категорию низкопродуктивных из-за таких ограничивающих факторов, как вода (в пустынях и степях) или питательные вещества (в открытом океане). Хотя площадь суши составляет всего около ¼ Земли, суша, видимо, превосходит океаны по своей продукции, т.к. большая часть океанских вод в основном «пустынна». Хотя в принципе морское с/х-во возможно в эстуариях и вдоль берегов, интенсивное «возделывание» открытого океана вряд ли рационально.
Таблица 8.2. Оценки валовой первичной продукции (за год) всей биосферы и распределение этой продукции между основными экосистемами
Экосистемы |
Площадь, 106 км2 |
Валовая первичная продуктивность, ккал/(м2 . год) |
Общая валовая продукция, 1016ккал/год |
Морские Открытый океан Прибрежные воды Районы подъёма холодных вод Эстуарии и рифы
Всего |
326,0 34,0 0,4
2,0
362,4 |
1000 2000 6000
20000
- |
32,6 6,8 0,2
4,0
43,6 |
Наземные Пустыни и тундры Луга и пастбища Сухие леса Бореальные хвойные леса Возделываемые земли Механизированное с/х-во Влажные леса умеренной зоны Влажные тропические и субтропические леса
Всего |
40,0 42,0 9,4 10,0
10,0 4,0
4,9
14,7
135,0 |
200 2500 2500 3000
3000 12000
8000
20000
- |
0,8 10,5 2,4 3,0
3,0 4,8
3,9
29,0
57,4
|
Вся биосфера (округлённые цифры без учёта полярных ледниковых шапок) |
500,0 |
2000 |
100,0 |
Рис.8.4. Мировое распределение первичной продукции экосистем основных типов, выраженное в годовой валовой продукции (в тысячах ккал на 1 м2) (по Одуму): I – пустыня; II – степи, глубокие озёра, горные леса, некоторые с/х угодья; III – влажные леса и вторичные сообщества, мелководные озёра, влажные степи и большая часть с/х угодий; IV – некоторые эстуарии, источники, коралловые рифы, наземные сообщества на аллювиальных равнинах, с/х угодья при затрате дополнительной энергии; V – воды континентального шельфа; VI – океаническая область.
Пример 3.
Время оборота (отношение биомассы к продуктивности) для леса измеряется в годах, в море – днями.
Возвращаясь к вопросам общей «солнечной энергетики» местообитания ещё раз подчеркнём следующее. Хотя лишь 1 % солнечного излучения, улавливаемый в процессе фотосинтеза, особенно важен с экологической точки зрения, т.к. эта часть энергии идёт непосредственно на поддержание жизни, остальные 99 % отнюдь не пропадают впустую. Они поддерживают круговорот воды и минеральных веществ, удерживают температуру среды на определённом уровне так, что она меняется в сравнительно узком диапазоне, совместном с жизнедеятельностью. протоплазмы. эти потоки энергии не менее важны для жизни чем пища. Итак, прежде чем стремиться собрать как можно больший «урожай солнца», надо вспомнить о первом законе термодинамики (сохранение энергии). Отводя поток энергии от одного пути, мы уменьшаем какой-то другой поток, который может оказаться важнее для существования экосистемы.
Сравнение вертикального распределения первичной продукции и биомассы в лесу, и в море (рис. 8.5.)
Рис.8.5. Сравнение вертикального распределения первичной продукции и биомассы в Весу (Л — по данным Уиттэкера и Вудвелла, 1969, для молодого дубово-соснового веса) и в море (5—по данным Карри, 1958, для северо-западной Атлантики). Заметен резкий контраст между быстрым оборотом в море (отношение В1Р на этом рисунке составляет 2—4 дня) и медленным оборотом в лесу {В1Р—9 лет). /—прибрежные воды; //—открытый океан. .
Время оборота (отношение биомассы к продуктивности) для леса измеряется в годах, в море – днями.
Возвращаясь к вопросам общей «солнечной энергетики» местообитания ещё раз подчеркнём следующее. Хотя лишь 1 % солнечного излучения, улавливаемый в процессе фотосинтеза, особенно важен с экологической точки зрения, т.к. эта часть энергии идёт непосредственно на поддержание жизни, остальные 99 % отнюдь не пропадают впустую. Они поддерживают круговорот воды и минеральных веществ, удерживают температуру среды на определённом уровне так, что она меняется в сравнительно узком диапазоне, совместном с жизнедеятельностью. протоплазмы. эти потоки энергии не менее важны для жизни чем пища. Итак, прежде чем стремиться собрать как можно больший «урожай солнца», надо вспомнить о первом законе термодинамики (сохранение энергии). Отводя поток энергии от одного пути, мы уменьшаем какой-то другой поток, который может оказаться важнее для существования экосистемы.
Лекция 9. ВИД И ИНДИВИДУУМ В ЭКОСИСТЕМЕ
План лекции
1. Понятия местообитания и экологической ниши.
2. Экологические эквиваленты.
3. Смещение признаков: симпатрия и аллопатрия.