Тема 59 - 65: Основы экологии

Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Тема 59 - 65: Основы экологии.

ЭКОЛОГИЯ (oikos- дом, родина, жилище) – это наука о месте обитания, о взаимоотношениях организмов между собой, их сообществами и окружающей средой.

Термин предложен в 1866г немецким биологом Эрнстом Геккелем в книге «Общая морфология организмов». Как самостоятельная наука сформировалась в 20 веке.

В своём историческом развитии экология как самостоятельная наука прошла 3 этапа, в которых господствовали определённые способы экологического мышления (парадигмы)

1-ый этап (от 1866 г. до 60-х годов 20 века)	2-ой этап (70 годы 20 века)	3-ий этап
Аутэкологический подход (с греч.-autos-сам) – это экология особей. На этом этапе исследовали распространение и численность организмов в зависимости от абиотических факторов)	Синэкологический - анализ взаимодействий организмов (популяций)	Системный подход – сбор из отдельных элементов целого. Экосистема - главный объект экологии.

Классическая экология разделяется на три подраздела:

· Аутэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие организма или вида с окружающей средой (жизненные циклы и поведение как способ приспособления к окружающей среде).

· Демэкология — раздел науки, изучающий взаимодействие популяций особей одного вида внутри популяции и с окружающей средой.

· Синэкология — раздел науки, изучающий функционирование сообществ и их взаимодействия с биотическими и абиотическими факторами.

Предмет экологии – совокупность организмов, их среды обитания, в пределах которой идёт процесс трансформации энергии и органического вещества.

Задачи экологии.

Задачи экологии меняются в зависимости от изучаемого уровня организации живой материи:

· Популяционная экология исследует закономерности динамики численности и структуры популяций, а также процессы взаимодействий (конкуренция, хищничество) между популяциями разных видов.

· Экология сообществ (биоценология) изучает закономерности организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

· Главная теоретическая и практическая задача экологии — раскрыть общие закономерности организации жизни и на этой основе разработать принципы рационального использования природных ресурсов в условиях все возрастающего влияния человека на биосферу.

Объект экологии – популяции, виды, сообщества, экосистемы, биосфера. Экология связана с такими науками как ботаника, зоология, география, химия, геология, физика, генетика, математика, медицина, агрономия, архитектура.

Первый закон экологии: «Что бы мы не делали в природе, всё вызывает в ней те или иные последствия, часто непредсказуемые».

Помогает определить место человека в природе, правильно, рационально использовать природные ресурсы.

Научные дисциплины экологии – популяционная экология, географическая экология, химическая экология, промышленная экология, экология растений, животных, человека.

Современная экология делится на:

1. Общую или теоретическую, вклад в теоретические основы современной экологии внёс Б. Коммонер, сформулировавший основные 4 закона экологии:

· Всё связано со всем

· Всё должно куда-то деваться

· Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами.

· Ничто не даётся даром (вольный перевод — в оригинале что-то вроде «Бесплатных обедов не бывает»).

2. Прикладную экологию. Например,

- глобальная экология - изучает биосферу в целом, разрабатывает прогнозы возможных изменений биосферы в будущем под влиянием человека;

- экологическое воспитание и образование;

- промышленная экология;

- сельскохозяйственная экология;

- экистика - формирование, рост (эволюция) человеческих поселений, создание моделей городов с лучшим сочетанием их планировки природной среды;

- математическая экология - создание на основе природных законов математических моделей;

- палеоэкология - изучает экологические связи вымерших организмов, их реконструирует и изучает эволюцию.

Методы исследований в экологии подразделяются на:

1. Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания с помощью различной аппаратуры.

· Метод измерения факторов среды (определяют рН, наличие химических веществ в воде, почве, воздухе, скорость течения, ветра, влажность).

· Полевые наблюдения (сбор гербария, учёт насекомых).

· Фенологические (наблюдения за сезонными изменениями в живой природе).

· Метеорологические наблюдения

· Изучение состава микроорганизмов в воде, воздухе, почве.

· Метод мечения для определения численности и плотности.

· Метод биологических тестов. Например, лишайники реагируют на концентрацию SO_2,фиалки на щелочные почвы.

· Картографические методы (составление карт различных ландшафтных зон и карт-прогнозов).

2. Экспериментальные методы позволяют варьировать различные факторы, влияющих на организмы, в лабораторных условиях с целью экологического прогнозирования.

3. Математическое моделирование. С помощью математических символов моделируют отдельные типы экологических взаимоотношений: хищник-жертва, паразит- хозяин и прогнозируют вспышки численности. Модели экосистем строятся на основе многочисленных сведений, накопленных в полевых и лабораторных условиях. При этом правильно построенные математические модели помогают увидеть то, что трудно или невозможно проверить в эксперименте. Сама по себе математическая модель не может служить абсолютным доказательством правильности той или иной гипотезы, но она позволяет рационально планировать рыбное и охотничье хозяйство, работу заповедников.

Экологические факторы.

Различают четыре среды жизни: наземно-воздушную, водную, почвенную, организменную (среда обитания паразитов). Условия среды рассматривают как экологические факторы.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ – это свойства или элементы среды, воздействующие на организмы.

Биотические факторы среды.

Место обитания – место, где живёт организм («адрес»).

Экологическая ниша - это комплекс факторов, которые требуются для существования вида, включая его связи с другими видами в сообществе. («профессия» вида).

Например,

1. Кенгуру, зебра, бизон – обитая на разных континентах, занимают сходные ниши на пространствах степей.

2. Травоядные животные, обитающие на одном месте, могут занимать разные ниши, поедая траву на разной высоте.

3. Птицы разных видов, обитающие совместно, имеют разные рационы питания, активны в разное время суток и в результате занимают разные ниши.

Фундаментальная экологическая ниша	Реализованная экологическая ниша
Это условия, в которых вид может существовать.	Условия, где вид живёт

Закон конкурентного исключения «Если экологические ниши совпадают, то один вид вытесняет другой».

Например, серые крысы вытеснили чёрных.

Вид Homo sapiens занимает разные экологические ниши (географические районы).

Вид лягушка обыкновенная в разные периоды развития занимает разные экологические ниши: головастик (питается растительной пищей), а взрослая лягушка (хищник (плотоядна)).

ВЫВОД: одно местообитание содержит несколько ниш и каждый вид занимает свою нишу, что позволяет:

· Эффективно использовать пространство и пищу,

· Функционировать виду на благо сообщества.

Типы биотических взаимоотношений .

Тип биотических взаимоотношений	Характеристика и примеры
Нейтральные (00) НЕЙТРАЛИЗМ	Тип биотических взаимоотношений, при котором 2-а вида не влияют друг на друга. Например, белки и лоси в одном лесу не контактируют.
Вредно-нейтральные (-0) АМЕНСАЛИЗМ	Для одного вида влияние отрицательное, а для другого не вреда ни пользы. Например, светолюбивые травы под елью страдают от затенения.
Полезнонейтральные (+0) КОММЕНСАЛИЗМ	Один вид – комменсал получает пищу или убежище. Например, 1. Нахлебничество: львы и гиены (гиены подбирают пищу за львами), акула и рыба - прилипала; 2. Квартиранство - эпифиты на деревьях, молодь рыб под зонтиком медуз; 3. Перенос семян репейника крупными млекопитающими; 4. Сотрапезничество - разные виды бактерий сапрофитов потребляют разные органические вещества из перегнивших остатков и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные вещества.
Взаимополезные (++) : 1. СИМБИОЗ 2. ПРОТОКООПЕРАЦИЯ 3. МУТУАЛИЗМ	Взаимополезные отношения. Например, Лишайник – симбиоз гриба и водоросли (гриб даёт водоросли воду и минеральные вещества, а водоросль грибу органические вещества); Микориза – симбиоз гриба и дерева (дерево даёт грибу органические вещества, гриб своим мицелием оплетает корни дерева, увеличивая поверхность всасывания корням дерева) - подберёзовик, подосиновик; Симбиоз термитов и их кишечных жгутиковых (перерабатывают клетчатку в сахар). Протокооперация - первичное сотрудничество, т.е. совместное существование выгодно, но не обязательно. Например, распространение муравьями семян лесных растений; опыление пчёлами луговых растений. Мутуализм - присутствие партнёра обязательное условие жизни каждого из них. Например, узкоспециализированные к опылению растения (инжир, купальница, дурман, орхидные) и насекомое – опылитель; кедровки, поползни прячут семена кедра в мхе и опаде, где они и прорастают, а на толстом слое лесной подстилки кедр не прорастает.
АНТИБИОТИЧЕСКИЕ взаимоотношения Взаимовредные (--) КОНКУРЕНЦИЯ: 1) Внутривидовая 2) Межвидовая	Возникает в случае, когда у двух видов сходные экологические требования. Внутривидовая конкуренция ослабляется территориальностью .Например, часть семян ели разрастаются на участках рядом, те ёлочки , что растут быстрее притеняют остальных; у земноводных головастики при высокой численности, те которые быстрее растут, подавляют вещества , подавляющие развитие остальных; медведи метят территорию; птицы поют на границах своей территории. Межвидовая конкуренция. Например,1 вид клевера вначале быстрее образует полог листьев, но второй его затеняет т.к. развивает длинные черешки; личинки двух видов яйцеедов в одном яйце конкурируют до гибели одной; опыт Гаузе: 2а вида инфузорий помещали в один сосуд с сенным настоем, что привело к исчезновению одного вида из настоя. Снижение конкуренции, возможно, немного разойдутся в экологических требованиях. Например, насекомоядные птицы, кормящиеся на деревьях, избегают конкуренции благодаря разному характеру поиска добычи на разных частях деревьев. ВЫВОД: конкуренция повышает устойчивость сообщества и способствует более эффективному использованию ресурсов.
Полезновредные (+-) 1. Хищничество 2. Паразитизм	Хищничество-тип взаимоотношений организмов, при котором представитель одного вида убивает и поедает представителя другого вида. Например, волк-заяц, поедание животных растениями (росянка). Паразитизм - организмы одного вида (паразита) живут за счёт питательных веществ или тканей организма-хозяина (это ослабленная форма хищничества т.к. паразит не губит сразу хозяина (ослабляет)).

Структура биоценоза.

1. Видовая структура биоценоза.

Понимается разнообразие в нем видов и соотношение их численности и биомассы. Различают бедные и богатые биоценозы. Бедные биоценозы (условия среды сильно уклоняются от оптимального уровня): в полярных арктических пустынях, северных тундрах, пустынях, загрязненных сточными водами водоемах, биоценозы часто подвергаемые катастрофическим воздействиям (затопление от разлива рек или регулярному уничтожению растительного покрова при пахоте, применении гербицидов). Богатые биоценозы (условия абиотической среды приближаются к оптимальным для жизни): тропические леса, коралловые рифы, долины рек.

Видовое богатство зависит от:

а) Географического положения и климата (южные районы богаче северных, острова, беднее чем материк).

Б) Исторического фактора (время образования сообщества, чем старше тем богаче). Например озеро Байкал сформировалось 20млн. лет назад - бокоплавов 300 видов; агроценозы (поля, сады, огороды) – бедны. Однако даже самые обедненные биоценозы включают несколько десятков видов из разных систематических и экологических групп. Богатые сообщества включают тысячи и десятки тысяч видов.

В) От разнородности среды обитания : «опушечный, пограничный» эффект – разнообразие условий освещенности, влажности, температуры на границах соседних биотопов (лес и луг, водное и сухопутное сообщество, лесостепь, лесотундра).

Почти все биоценозы включают микроорганизмы, растения, животных. Однако в некоторых условиях формируются биоценозы, в которых нет растений (пещеры или водоемы ниже фотической зоны - 80-200м.), а в исключительных случаях – состоящие только из микроорганизмов (анаэробная среда на дне водоемов, в гниющих илах, сероводородных источниках).

Для оценки роли отдельного вида в биоценозе используют разные показатели, основанные на количественном учете: обилие вида - число особей данного видана единицу площади или объема занимаемого пространства; частота встречаемости характеризует равномерность или неравномерность распределения вида в биоценозе; степень доминирования - показатель, отражающий отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки.

Численность рассчитывают не для сообщества в целом, а для отдельных группировок (по систематическому признаку – птицы, насекомые, злаки ; эколого – морфологическому признаку – деревья, травы; по размерному признаку – микрофауна, мезофауна, макрофауна почв)

Виды-средообразователи (доминанты сообщества) или эдификаторы – виды с высокой численностью, играющие важную роль в сообществе. Ель в еловом лесу, ковыль в степи.

Виды, которые в наибольшей степени создают среду для всего сообщества и без которых существование большинства видов невозможно – виды эдификаторы. В сосновом лесу эдификатор сосна, могут быть эдификаторы животные. Например, на территориях, занятых колониями сурков, именно их роющая деятельность определяет характер ландшафта, микроклимат, условия произрастания растений.

Редкие виды – показатель состояния сообщества, т.к. для их существования нужны определенные факторы, которые обеспечивает экосистема. Они создают видовое богатство и служат резервом для пополнения и замещения доминатов, придают устойчивость биоценозу.

Чем специфичнее условия среды, тем беднее видовой состав сообщества и выше численность отдельных видов. Например, вспышки массового размножения леммингов в тундре или насекомых вредителей в агроценозах. В наиболее богатых биоценозах все виды малочисленны. В тропических лесах редко можно встреть рядом несколько деревьев одной породы. Здесь не происходит вспышек численности отдельных видов, биоценозы отличаются высокой стабильностью.

Вывод: чем выше видовое разнообразие, тем стабильнее биоценоз. Деятельность человека сильно сокращает разнообразие, что вызывает необходимость предвидеть ее последствия и принимать меры по поддержанию устойчивости природных систем.

Экосистема.

ЭКОСИСТЕМА - любое сообщество живых организмов (биоценоз) вместе с физической средой обитания, функционирующее как единое целое.

Термин предложен в 1935г английским экологом А.Тенсли.

Например, пруд включает гидробионтов, физическую и химическую среду обитания, рельеф дна, состав грунта, солнечную радиацию.

Экосистема более общее понятие по сравнению с биогеоценозом.

БИОГЕОЦЕНОЗ - это экосистема в границах фитоценоза (т.е. эти понятия совпадают на уровне растительного сообщества). Биогеоценоз по данным академика В.Н. Сукачёву связан с типом почв, рельефом.

Биогеоценоз - элементарная природная экосистема, исторически сложившаяся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотическая среда вместе с участком территории земной поверхности (биотоп).

Классификация экосистем:

1. По растительному сообществу, составляющему основу экосистемы + климатические (зональные признаки). Например, лишайниковая тундра, моховая тундра, хвойный лес, лиственный лес, дождевой лес (тропический), степь, болото травянистое, болото сфагновое.

2. По местообитанию. Например, сообщество морских побережий (шельфа), озёр, прудов, пойменного луга, каменистых или песчаных пустынь, горных лесов, устья больших рек).

Экосистемы Земли, связанные между собой веществом и энергией – БИОСФЕРА.

Продуктивность экосистемы.

Продуктивность экосистемы - скорость образования сообществом органического вещества за единицу времени

Первичная продуктивность экосистемы - скорость образования органического вещества продуцентами (растениями).

Вторичная продуктивность экосистемы - скорость образования органического вещества гетеротрофами (растениями).

Значение знаний о продуктивности экосистемы:

1) Первичная и вторичная продукция- источник пищи человека,

2) Расчёт энергии и продуктивности экосистемы, позволяет регулировать в них круговорот веществ и получению больше продукции не нарушая равновесие.

3) Распределение биологической продукции.

10 лет с 1964-1974г в рамках Международной биологической программы исследовался вопрос биологической продуктивности экосистем.

ВЫВОД: больше годовой продукции дают наземная растительность тропического леса, а океан в 2 раза меньше.

Равновесная система.

Равновесная система - это система, в которой биомасса остаётся постоянной (т.е. прирост биомассы полностью тратится на жизнедеятельность последующего трофического уровня).

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ СУКЦЕССИЯ (преемственность) - последовательная смена одних сообществ другими.

Суть сукцессии:

Если прирост биомассы консументов («общее дыхание») > прироста биомассы продуцентов (первичной валовой продукции) органическое вещество убывает часть видов вымирает.

Если прирост биомассы консументов(«общее дыхание») < прироста биомассы продуцентов (первичной валовой продукции) органическое вещество накапливается увеличивается количество видов его употребляющего.

РЕЗУЛЬТАТ СУКЦЕССИИ – РАВНОВЕСИЕ.

СУКЦЕССИИ

ПЕРВИЧНЫЕ - начинаются на безжизненном месте. Они медленные. Например, на дюнах 600лет. ВТОРИЧНЫЕ - начинаются на месте существовавшего ранее сообщества, например, в результате эрозии, засухи, пожара, вырубки леса. Они более быстрые (200лет), что объясняется тем, что первичное сообщество оставило после себя достаточно питательных веществ, развитую почву и создаёт условия для ускоренного роста и развития новых поселенцев. Пример, наземной сукцессии на скалах: 1. голая скала → 2. лишайники и водоросли → 3. мхи и папоротники → 4. травы → 5. кустарники → 6. деревья образуют ЛЕС - равновесное сообщество. Пример, восстановления елового леса после пожара: 1. травы (вейник, иван-чай) → 2. берёза, осина, сосна → 3. сосновый лес → 4. ЕЛОВЫЙ ЛЕС (ель теневынослива и вытесняет лиственные) - равновесное сообщество.

Продолжительность сукцессии зависит от:

1.Структуры сообщества;

2.Климата (в суровом невелика).

Молодое сообщество не устойчиво, но производит больше биомассы, чем старое и человек может собирать богатый урожай в виде чистой продукции, искусственно поддерживая на ранних стадиях сукцессии сообщество.

Зрелое сообщество с большим количеством видов, пищевых связей способно противостоять изменяющимся факторам (температура, влажность).Оно находится на стадии равновесия- чистая готовая продукция расходуется на «общее дыхание» растений и животных. Для нашей собственной защиты ряд ландшафтов должны быть представлены естественными сообществами.

Значение знаний о сукцессиях :

· Для понимания причин разнообразия природы,

· Для управления сукцессиями.

Искусственные экосистемы.

АГРОБИОЦЕНОЗЫ - (10% суши) - поля, огороды, сады, пастбища. Их создают для получения с/х продукции. Они складываются из тех же пищевых цепей, что и естественные экосистемы:

Продуценты - культурные растения,

Консументы - насекомые, птицы, грызуны, хищники, человек (обязательное звено всех пищевых цепей),

Редуценты – бактерии, грибы.

ЭКОСИСЕМЫ ГОРОДОВ (УРБАЭКОСИСТЕМЫ)(60% населения живёт в городах).

Искусственные экосистемы создаются, поддерживаются человеком.

Экосистемы городов.

Города называют «паразитами» биосферы. Причины:

1. Нарушение соотношения продуцентов, консументов, редуцентов,

2. Потребление огромного количества энергии необходимой для промышленности, транспорта, жителей,

3. Производятся ядовитые газы, токсические отходы.

Здоровье горожан зависит от: условий, где человек живёт, удобств, с кем общается, как добирается до работы. Сокращение жизни из-за переутомления, снижения иммунитета, болезням от загрязнения среды.

ТРЕБОВАНИЯ К УРБОЭКОСИСТЕМАМ:

1) Ландшафт города складывается из гармоничного сочетания социальных аспектов (дом, дорога, транспорт, коммуникации) и биологических (парки, скверы - ЭТО ЗАДАЧА ЛАДШАФТНЫХ АРХИТЕКТОРОВ).

2) Озеленение - клумб газонов, интерьеров.

3) Защитные зелёные зоны с использованием клёна американского, тополя канадского, липы сердцевидной, можжевельника казацкого, виргинского, ивы белой, крушины, дуба черешчатого, бузины красной. Принцип посадок равномерный и непрерывный с перетеканием в загородные насаждения.

ВЫВОД: человек в городе должен быть «растворён» в природе, поэтому площадь озеленения должна составлять больше 50%.