Экология популяции _

Вид – множество живых организмов, сходных по строению и способных скрещиваться друг с другом, давая потомство.

Группировка особей одного вида с общим генофондом, сходной морфологией и единым жизненным циклом – это популяция.

Популяция характеризуется:

- плотностью – число особей на единицу площади или объема;

- возрастной структурой – количественное соотношение особей разного возраста;

- половой структурой – соотношение мужских и женских особей.

В процессе эволюции каждый вид формирует свою зону жизнедеятельности, выбирает оптимальные условия существования, занимая определенное положение в экосистеме. Совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе – это экологическая ниша.

Основные функции биосферы

1. Энергетическая функция выполняется за счет аккумулирования растениями солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Часть этой энергии перераспределяется между компонентами биосферы, часть накапливается в отмершей органике (образуются биогенные вещества торф, уголь, нефть), часть рассеивается.

2. Газовая функция обеспечивает газовый состав атмосферы в процессах миграции и превращения газов.

3. Концентрационная функция заключается в избирательном извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из ОС. (Живые организмы могут служить для человека как источником полезных (витамины, аминокислоты), так и опасных для здоровья веществ (тяжелые металлы, ядохимикаты)).

4. Деструктивная функция обуславливает процессы, связанные с разложением мертвой органики.

5. Средообразующая функция состоит в трансформации химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов.

Понятие биогеохимического цикла

Земля – это конечное физическое тело, следовательно, запас любых химических элементов и их соединений – конечен, и за большой промежуток времени существования земли должен быть исчерпан. Этого не происходит, так как вещества на планете вовлечены в круговорот. Круговорот химических соединений из неорганической среды через растительные и живые организмы обратно в неорганическую среду посредством солнечной энергии называется биогеохимическим циклом.

Можно выделить два круговорота: большой и малый.

Большой (геологический) разрушение горных пород в процессе выветривания, поступление продуктов разрушения в Мировой океан, отложение на дне, поднятие морского дна. Миллионы лет.

Малый круговорот происходит на уровне экосистем: питательные вещества через продуцентов к консументам к редуцентам и обратно в ОС.

Круговорот веществ в природе (сам-но)

- круговорот углерода;

- круговорот кислорода;

- круговорот фосфора;

- круговорот азота;

- круговорот серы;

- круговорот воды.

Энергетика биосферы и трофические цепи

Процессы преобразования веществ в ходе круговоротов требуют затрат энергии. Энергия также необходима для существования живых организмов, которые не способны ее продуцировать, а получают ее извне.

Первичным источником энергии для биосферы является Солнце. От него Земля получает около 99% энергии. Около 50 % этой энергии достигает поверхности суши и океанов. Часть этой энергии отражается и направляется в космическое пространство, а часть поглощается, превращаясь в тепловую, затрачивается на испарение воды. Живые организмы получают ничтожно малое количество энергии, достигающей поверхности Земли. Эта энергия усваивается в процессе фотосинтеза, затем трансформируется в химическую энергию биологических молекул и рассеивается в космическом пространстве в виде теплового излучения. В процессе фотосинтеза связывается всего около 0,02 % энергии, получаемой от Солнца. Однако за счет этой энергии может синтезироваться несколько тысяч граммов сухого органического вещества на 1 м² земной поверхности в год. Более половины энергии, связанной при фотосинтезе, расходуется на дыхание, а остальная часть идет на наращивание биомассы. Таким образом, первичная продукция на Земле создается в клетках растений и некоторых бактерий под воздействием солнечной энергии. Животные используют солнечную энергию опосредованно, через органическое вещество, созданное фотосинтетиками.

Синтез первичного органического вещества (фотосинтез)

(Сам-но)

Живые организмы взаимодействуют с компонентами биосферы. Происходит процесс обмена, питания, дыхания и выделения продуктов метаболизма. По способу питания живые организмы разделяют на два класса:

- автотрофные организмы – самопитающиеся, поглощают энергию Солнца и вещества из ОС, создают органические вещества из неорганических (растения, водоросли, некоторые бактерии).

- гетеротрофные организмы используют в качестве пищи готовые органические вещества (травоядные, хищники, человек).

Существуют миксотрофные организмы, сочетают автотрофный и гетеротрофный режимы питания (например, водные одноклеточные организмы при хорошей освещенности питаются автотрофно, а при плохой гетеротрофно).

Пищевые взаимоотношения приводят к возникновению пищевых, или трофических цепей.

Трофическая цепь – это последовательный перенос вещества и энергии от их источника – зеленого растения - через ряд других организмов на более высокий трофический уровень, т.е. путем поедания одних организмов другими.

Компонентами трофической цепи являются:

- продуценты – это автотрофные организмы, производящие в процессе фото- или хемосинтеза первичные органические вещества;

- консументы – гетеротрофные организмы. Различают первичных консументов (животные, питающиеся растениями) и вторичных (хищники).

- редуценты (деструкторы) - гетеротрофные организмы, разлагающие органические остатки всех трофических уровней (грибы, бактерии, черви и т.д.).

Трофические цепи удобно представлять в виде экологических пирамид. Различают экологические пирамиды энергии, биомассы и численности.

При движении по экологической пирамиде происходит уменьшение численности и биомассы и рассеивание энергии. Минимум 90% энергии расходуется на поддержание собственной структуры, т.е. на дыхание и только максимум 10 % переходит на следующий трофический уровень. Описанная закономерность называется «правилом десяти процентов» или закон Линдемана: « С одного трофического уровня экологической пирамиды на другой переходит не более 10 % энергии, поступившей на этот уровень».

С другой стороны. При движении по трофической цепи наблюдается концентрирование токсичных веществ.

Например: зерновые растения → мыши → куропатки → совы

Содержание токсичных веществ в зерновых растения составляет 1 мг, а коэффициент накопления равен 10, тогда согласно закону концентрирования в мышах будет накапливаться 10 мг, в куропатках 100 мг, а в совах 1000мг токсичного вещества. В общем случае формула для расчета выглядит следующим образом: С_n = C_в∙ кⁿ

где С_в – содержание на начальном звене трофической цепи или в среде (вода, почва);

С_n – содержание в искомом звене трофической цепи;

к – коэффициент накопления.