Министерство  образования Российской Федерации 

Санкт- Петербургский государственный 

Инженерно- экономический университет 

Кафедра современного естествознания и экологии 
 

Контрольная работа

по дисциплине «Экология» 

Вариант №9

Выполнила студентка_____Кузнецова Юлия Сергеевна_______________

Форма обучения________заочная_______________________________

Срок  обучения___3г. 10 мес.____________________________________

Курс ___________1___________________________________________

Факультет____Прикладная информатика в экономике и  управлении___

Специальность________080801__________________________________

Группа______8/301__

Зачетная  книжка №__ 83339/10__ 
 
 
 
 
 

Санкт- Петербург

2011

                                           Содержание

1. Назовите  7 уровней организации живой материи, какие из них подпадают под компетенцию экологии?...............................................
2. Биологический потенциал вида. Изменение численности популяции в зависимости от соотношения биотического потенциала и сопротивления среды……………………………………………………………………………..
3. Опустынивание , эрозия и засоление почв как результат хозяственной деятельности людей…………………………………………………………………………….…
4. Сформулировать определение экологической системы и начертить схему структуры биогеоценоза. Привести примеры природных экологических систем……………………………………………………
5. Привести график, характеризующий воздействие экологического фактора на организм; пояснить  концентрации (ПДК) вредного вещества в среде. ПДК=С_лим/n, где n>1, С_лим≡С_пор –лимитирующая или пороговая концентрация………………………………………………..
6. Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте.

     Список литературы……………………………………………………... 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

       1. Назовите 7 уровней организации живой материи, какие из них подпадают под компетенцию экологии?

           Любая живая система, как бы сложно она ни была организована, состоит из биологических макромолекул: нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов, а также других важных органических веществ. С этого уровня начинаются разнообразные процессы жизнедеятельности организма: обмен веществ и превращение энергии, передача наследственной информации и др. [2]  Клетки многоклеточных организмов образуют ткани - системы сходных по строению и функциям клеток и связанных с ними межклеточных веществ. Ткани интегрируются в более крупные функциональные единицы, называемые органами. Внутренние органы характерны для животных; здесь они входят в состав систем органов (дыхательной, нервной и пр). Например, система органов пищеварения: полость рта, глотка, пищевод, желудок, двенадцатиперстная кишка, тонкая кишка, толстая кишка, заднепроходное отверстие. Подобная специализация, с одной стороны, улучшает работу организма в целом, а с другой - требует повышения степени координации и интеграции различных тканей и органов.

           Клетка - структурная и функциональная единица, а также единица развития всех живых организмов, обитающих на Земле. На клеточном уровне сопрягаются передача информации и превращение веществ и энергии. Элементарной единицей организменного уровня служит особь, которая рассматривается в развитии - от момента зарождения до прекращения существования - как живая система. Возникают системы органов, специализированных для выполнения различных функций. [6]

           Совокупность организмов одного и того же вида, объединенная общим местом обитания, в которой создается популяция – надорганизменная система. В этой системе осуществляются элементарные эволюционные преобразования. Биогеоценоз - совокупность организмов разных видов и различной сложности организации с факторами среды их обитания. В процессе совместного исторического развития организмов разных систематических групп образуются динамичные, устойчивые сообщества.

            Биосфера - совокупность всех биогеоценозов, система, охватывающая все явления жизни на нашей планете. На этом уровне происходит круговорот веществ и превращение энергии, связанные с жизнедеятельностью всех живых организмов. [4]

                          Таблица 1 Уровни организации живой материи

           Каждый из этих уровней довольно специфичен, имеет свои закономерности, свои методы исследования. Даже можно выделить науки, ведущие свои исследования на определенном уровне организации живого. Например, на молекулярном уровне живое изучают такие науки как молекулярная биология, биоорганическая химия, биологическая термодинамика, молекулярная генетика и т.д. Хотя уровни организации живого и выделяются, но они тесно связаны между собой и вытекают один из другого, что говорит о целостности живой природы. [8]

           2.Биологический потенциал вида. Изменение численности популяции в зависимости от соотношения биотического потенциала и сопротивления среды

             Часто используемое в экологической литературе выражение «природное равновесие» означает состояние сбалансированности (динамического равновесия), характерное для большинства популяций в сообществе; было бы совершенно неправильно понимать в этом случае равновесие как статическое состояние. Изучение колебаний численности животных – важнейшая область экологии, оказывающая влияние на такие казалось бы далекие сферы науки и деятельности, как генетика, сельское хозяйство и медицина. [7] Сезонные и циклические (охватывающие, как правило, несколько лет) колебания численности уже давно интересовали натуралистов, которые пытались установить корреляции между наблюдаемыми популяционными процессами и различными климатическими факторами. В практическом отношении данная проблема очень важна: от ее решения зависят прогнозы массового размножения вредных насекомых или вспышек эпидемий. Совершенно независимо специалисты, изучающие механизмы естественного отбора, стали интересоваться математическим описанием распространения в популяции новых генетических вариантов организмов. Чтобы провести соответствующие расчеты, необходимо было иметь данные о действительной плотности популяций и о том, насколько быстро она изменяется. Скорость, с которой идет распространение нового генетического варианта, очевидно, будет разной в зависимости от того, возрастает, сокращается или остается стабильной численность популяции в данный период. Генетики обнаружили, что распространение генов в популяции может носить характер правильных циклических колебаний. В целом изучение динамики численности животных чрезвычайно важно для решения самых разных биологических проблем. Динамика популяций растений изучена в меньшей степени, может быть, в связи с относительной стабильностью их распространения. [1]   При изучении динамики популяций широко используется такое важное понятие, как «биотический потенциал», т.е. характерная для данного вида скорость размножения (на величину которой влияют соотношение полов, количество потомков на одну самку, а также число поколений в единицу времени). Биотический потенциал многих организмов, прежде всего наиболее мелких, огромен, и если бы ничто не сдерживало рост их популяций, то они чрезвычайно быстро заселили бы собой всю Землю. Численность любой существующей популяции может быть представлена как отношение биотического потенциала к сопротивлению среды, т.е. к сумме всех факторов, тормозящих рост численности данного вида. Поскольку реальные популяции растений и животных более или менее стабильны во времени, сопротивление среды по отношению к видам с высоким биотическим потенциалом должно быть достаточно сильным.

              При благоприятных условиях в популяциях наблюдается рост численности и может быть столь стремительным, что приводит к популяционному взрыву. Совокупность всех факторов способствующих росту численности называется биотическим потенциалом. Он достаточно высок для разных видов, но вероятность достижения популяцией предела численности в естественных условиях низка, т.к. этому противостоят лимитирующие (ограничивающие) факторы. Совокупность факторов, лимитирующих рост численности популяции, называют сопротивлением среды. Состояние равновесия между биотическим потенциалом вида и сопротивлением среды (рис. 1), поддерживающее постоянство численности популяции получило название гомеостаза или динамического равновесия.

При нарушении  его происходят колебания численности  популяции, т. е. изменения ее. [5]

    3. Опустынивание, эрозия и засоление почв как результат хозяйственной деятельности людей.

             Обезлесивание не единственная причина эрозии почвы. К широкомасштабным ее потерям ведет нерациональное использование полей и пастбищ. Особенно чувствительны в этом плане холмистые ландшафты с крутыми, регулярно распахиваемыми склонами в областях с обильными дождями и давно сведенными лесами. Основные меры по защите почв в таких ситуациях[2]: террасирование, традиционно применяющееся, например, в Юго-Восточной Азии и доказавшее свою высокую эффективность; контурная (т. е. ведущаяся «поперек» склона) вспашка; обваловка полей для удержания на них поверхностного стока.  Хотя эти и другие меры давно известны, ежегодно в результате эрозии утрачивается до 5 млн. га пахотных земель. Перевыпас на пастбищах ведет к изреживанию растительного покрова, закрепляющего грунт. В этом случае дождевая вода свободно течет по его поверхности, вызывая плоскостную эрозию, смывающую верхний плодородный горизонт почвы. Если же водные потоки концентрируются на ограниченных участках, то там образуются глубокие овраги. Ежегодно таким образом теряется 7 млн. га пастбищ, причем значительная часть забрасываемых земель практически превращается в пустыню. Опустынивание может происходить и естественным путем, например когда в засушливых областях несколько лет подряд выпадает меньше, чем обычно, дождей. Однако сейчас этот процесс ускоряется человеком и понимается более широко. Речь идет не о формировании типичной пустынной экосистемы, а о деградации плодородных земель, ведущей к полной потере их сельскохозяйственной ценности. Причины этого обычно следующие[3]: перевыпас; выпахивание; обезлесивание; неправильное орошение.

           Перевыпас, или превышение допустимой пастбищной нагрузки, ведет к изреживанию растительного покрова и вытаптыванию почвы с разрушением ее структуры. За этим обычно следует ветровая и водная эрозия. Выпахиванием называют интенсивное использование почвы под производство сельскохозяйственных культур без принятия адекватных мер по восстановлению ее плодородия. Это приводит к уменьшению в почве минеральных элементов питания и гумуса, разрушению структуры, а в результате изреживается растительный покров и идет эрозия. На орошаемых землях главными проблемами являются переувлажнение и засоление. Переувлажнение наблюдается в тех случаях, когда фунтовые воды находятся вблизи поверхности. Неправильный полив в таких условиях приводит к продолжительному затоплению корней, которого не выдерживают, например, пшеница и хлопчатник. Засолением почвы называют повышение в ней содержания растворимых солей. Это может произойти по разным причинам. В жарких областях промачивание почвы в ходе орошения чередуется с восходящим движением в ней за счет капиллярных сил испаряющейся воды, которая выносит с собой из глубины в верхний горизонт растворенные по дороге соли. Иногда для полива используют глубокие скважины, в которых вода, хотя и считается пресной, содержит слишком много солей. Если почва недостаточно проницаема, то соли будут накапливаться в верхнем горизонте. Концентрацию их в растворе выше 0,5—1,0% способны выдержать лишь немногие культуры, поэтому экономические последствия засоления очевидны. [8] Борьба с опустыниванием — задача сложная. Временно может потребоваться полный запрет на землепользование вплоть до восстановления растительного покрова. Это означает прекращение хозяйственной деятельности, безработицу, ликвидацию скота и т. п. О мерах, сокращающих водную эрозию, уже говорилось. Для борьбы с ветровой эрозией можно применять защитные изгороди или лесополосы. Проблемы переувлажнения и засоления решают путем улучшения дренажа и промывания почвы. Правда, все это сопряжено с экономическими, социальными, административными и политическими сложностями. Однако, если не устранить глубинные причины, приведшие к нерациональному землепользованию, надежды на успех программ борьбы с опустыниванием мало. [6]

     4. Сформулировать определение экологической системы и начертить схему структуры биогеоценоза. Привести примеры природных экологических систем.

     Экосистема  – комплекс взаимосвязанных живых  существ, обитающих на определенном участке или в определенном объеме, вместе со средой их обитания и взаимодействиями между собой и со средой; характеризуется  описанием численности (обилия) конкретных видов, связей между видами, активности организмов, физических и химических характеристик среды, потоков вещества, энергии и информации, а также  описанием изменений этих показателей  во времени.

     Для естественной экосистемы характерны три  признака:

      1) экосистема обязательно представляет  собой совокупность живых и  неживых компонентов; 

      2) в рамках экосистемы осуществляется  полный цикл, начиная с создания  органического вещества и заканчивая  его разложением на неорганические  составляющие;

      3) экосистема сохраняет устойчивость  в течение некоторого времени,  что обеспечивается определенной  структурой биотических и абиотических  компонентов.

     Любая экосистема включает в себя две принципиально  отличающиеся компоненты:

     1) живую – биоценоз;

     2) неживую – экотоп;

     Экотоп  – включает в себя водную среду, геологическую среду и почво-грунты  (эдафотоп), климат во всех его многообразных  проявлениях, в том числе микроклимат (климатоп).

     Биогеоценоз — это совокупность растений, животных, грибов и микроорганизмов, почвы  и атмосферы на однородном участке  суши, которые объединены обменом  веществ и энергии в единый природный комплекс. Важной особенностью биогеоценоза является то, что он связан с определенным участком земной поверхности. Биогеоценоз — это один из вариантов  наземной экосистемы.

     Структура биогеоценоза. Биогеоценоз включает живую часть, или биоценоз — совокупность живых организмов, и неживую, абиотическую часть, которую слагают климатические  факторы данной территории, почва  и условия увлажнения (биотоп).

     Биогеоценоз и экосистема — понятия сходные, но не одинаковые. Каждый биогеоценоз  является экосистемой. Но не каждая экосистема соответствует биогеоценозу.

     В чем отличие биогеоценоза от экосистемы? Прежде всего, любой биогеоценоз  выделяется только на суше. На море, в  океане и вообще в водной среде  биогеоценозы не выделяются. Биогеоценоз  имеет конкретные границы. Они определяются границами растительного сообщества — фитоценоза. Образно говоря, биогеоценоз  существует только в рамках фитоценоза. Там, где нет фитоценоза, нет и  биогеоценоза. Понятия «экосистема» и «биогеоценоз» тождественны только для таких природных образований, как лес, луг, болото, поле. Лесной биогеоценоз = лесная экосистема; луговой биогеоценоз = луговая экосистема и т.п. Для  природных образований, меньших  или больших по объему, нежели фитоценоз, либо там, где фитоценоз выделить нельзя, применяется только понятие  «экосистема». Например, кочка на болоте — экосистема, но не биогеоценоз. Текущий  ручей — экосистема, но не биогеоценоз. Точно так же только экосистемами являются море, тундра, влажный тропический  лес и т.п. В тундре, тропическом  лесу можно выделить не один фитоценоз, а множество. Это совокупность фитоценозов, представляющих более крупное образование, нежели биогеоценоз.

     Экосистема  может быть пространственно и  мельче, и крупнее биогеоценоза. Таким образом, экосистема — образование  более общее, безранговое.

     Биогеоценоз же ограничен границами растительного  сообщества — фитоценоза и обозначает конкретный природный объект, занимающий определенное пространство на суше и  отделенный пространственными границами  от таких же объектов.

     Схема структуры биогеоценоза (по В. Н. Сукачёву).

      Примерами природных экосистем являются озеро, лес, пустыня, тундра, суша, океан, биосфера.

      5.Приведите график, характеризующий воздействие экологического фактора на организм; поясните экологический смысл предельно допустимой концентрации (ПДК) вредного вещества в среде.

   Экологический фактор - условие среды, на которое  живое реагирует приспособительными реакциями. Экологические факторы  определяют условия существования  организмов. Различают абиотические, биотические, природные и антропогенные  экологические факторы.

   Воздействие экологических факторов на живой  организм весьма многообразно. Одни факторы  оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие —  на определенный жизненный процесс. Тем не менее в характере их воздействия на организм и в ответных реакциях живых существ можно  выявить ряд общих закономерностей, которые укладываются в некоторую  общую схему действия экологического фактора на жизнедеятельность организма .

   На  рисунке по оси абсцисс отложена интенсивность (или «доза») фактора (например, температура, освещенность, концентрация солей в почвенном  растворе, рН или влажность почвы  и х д.), а по оси ординат —  реакция организма на воздействие  экологического фактора в его  количественном выражении (например, интенсивность  фотосинтеза, дыхания, скорость роста, продуктивность, численность особей на единицу площади и т. д.), т  е. степень благотворности фактора.

   Диапазон  действия экологического фактора ограничен  соответствующими крайними пороговыми значениями (точки минимума и максимума), при которых еще возможно существование  организма. Эти точки называются нижним и верхним пределами выносливости (толерантности) живых существ по отношению к конкретному фактору  среды. Точка 2 на оси абсцисс, соответствующая  наилучшим показателям жизнедеятельности  организма, означает наиболее благоприятную  для организма величину воздействующего фактора — это точка оптимума. Для большинства организмов определить оптимальное значение фактора с достаточной точностью зачастую трудно, поэтому принято говорить о зоне оптимума. Крайние участки кривой, выражающие состояние угнетения организмов при резком недостатке или избытке фактора, называют областями пессимума или стресса. Вблизи критических точек лежат сублетальные величины фактора, а за пределами зоны выживания — летальные.

   Подобная  закономерность реакции организмов на воздействие экологических факторов позволяет рассматривать ее как  фундаментальный биологический  принцип: для каждого вида растений и животных существует оптимум, зона нормальной жизнедеятельности, пессимальные зоны и пределы выносливости по отношению  к каждому фактору среды.

  Предельно допустимая концентрация (ПДК) — утвержденный в законодательном порядке санитарно-гигиенический норматив содержания вредного вещества в окружающей (или производственной) среде, практически не влияющего на здоровье человека и не вызывающего неблагоприятных последствий.

     Максимально-разовое  значение ПДК устанавливается для  предотвращения рефлекторных реакций  человека при кратковременном действии примесей. Среднесуточное значение ПДК  устанавливается для предупреждения общетоксического, канцерогенного, мутагенного  и сенсибилизирующего действия вещества на организм человека.

  ПДК = С_лим/ n,   n>1

     C_лим = С_порог

     Значение  ПДК всегда устанавливают таким  образом, чтобы она была ниже Слим, во избежание необратимых патологических изменений в живом организме.

     6. Изобразите и обсудите модель биотического (биологического) круговорота веществ-биогенов с участием продуцентов, консументов, редуцентов. Поясните названия организмов и их роль в круговороте.

     Схема 1. 

     Схема 1 иллюстрирует биотический (биологический) круговорот биогенов в природной  экосистеме, из которой  следует: необратимый  поток энергии от Солнца в природную  экологическую систему планеты  Земля любого масштаба свидетельствует  о ее открытости, разомкнутости. Однако при передаче вещества по цепочке: «продуценты  – консументы – редуценты –  продуценты (при этом сопутствующими являются минеральные вещества)»  наблюдается определенная замкнутость, т.е. имеет место круговорот биогенов.

     Продуценты  – (от лат. producens – производящий, создающий) – это автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений. Они ассимилируют неорганические ресурсы, образуя с  помощью световой или химической энергии «упаковки» молекул органических веществ: углеводов, белков и т.д. Таким  образом, первичная биопродукция на Земле сегодня создается в  клетках зеленых растений под  действием солнечной энергии (фотосинтеза), а также другими организмами: некоторыми бактериями вследствие химических процессов (хемосинтеза).

     Консументы  – (от лат. consume – потребляю)это гетеротрофные  организмы, которые потребляют первичную  продукцию и накопленную в  ней энергию, т.е. для для них  продуценты представляют собой единственный источник питания. К консументам  относят всех животных, часть микроорганизмов, паразитические и насекомоядные  растения. Консументы I порядка питаются растениями, консументы II порядка преимущественно  питаются растительноядными организмами  – плотоядные первичные хищники. Консументы III порядка питаются более  слабыми хищниками и т.д.

     Завершают трофическую цепь, замыкая биологический  круговорот, редуценты. Редуценты или  деструкторы – (от лат.reducens – возвращающий, destructio – разрушение) – это организмы, которые в ходе всей своей жизнедеятельности  превращают органические остатки в  неорганические вещества. Разрушая остатки  мертвых организмов, упрощая их структуру, подчас до несложных неорганических соединений, делают их доступными для  питания продуцентов, тем самым  и замыкают биологический круговорот. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                                         Список литературы

1. Биология. Большой энциклопедический словарь / Гл. ред. М.С. Гиляров. -         М.: Большая Российская Энциклопедия, 1999.-864 с.
2. Бродский А.К. Краткий курс общей экологии: Учебное пособие. - СПб.: Издательство ДЕАН, 2001.-224 с.
3. Вронский В.А. Экология: Словарь-справочник. - Ростов-на-Дону: Феникс, 1999-576 с.
4. Николаев А.С. Экология: Учебное пособие. - СПб.: СПбГИЭУ, 2001.-132 с.
5. Петров К.M. Общая экология: взаимодействие общества и природы: Учебное пособие для вузов. - СПб.: Химиздат, 2000.-352 с.
6. Реймерс Н.Ф. Экология (теории, законы, правила, принципы и гипотезы). —М: 1994.-367 с.
7. Стадницкий Г.В. Основы экологии: Учебное пособие. - СПб.: Химиздат,2003.-8S с.
8. Стадницкий Г.В. Экология: Учебник для вузов. - СПб.: Химиздат, 2002.-288 с.