Контрольная работа по "Экологии". 129

Экология  – молодая наука, но древнейшая отрасль  человеческого знания. Рождение экологии как самостоятельной науки произошло  в середине XIX века. В 1866 году немецкий биолог Эрнест Геккель (1834-1919) назвал экологией  один из разделов биологии – “науку об отношении организмов к окружающей среде”. Буквальный перевод введенного Геккелем термина “экология” с  греческого языка означает “наука о доме”: “экос” – “дом, родина”; “логос” – “наука, учение”.

      экология – наука о закономерностях формирования, развития и устойчивого функционирования биологических систем разного ранга в их взаимоотношениях между собой и с окружающей их внешней средой.

Существует 2 подхода:

-Антропоцентрический(Считающий  человека центром мироздания)

-экоцентрический(равенство  живых организмов населяющих  живую планету)

Классификация экологий:

По размерам:

а)ландшафтное(географическое)

б)глобальное(учение о биосфере)

По конкретным объектам изучения

а)экология растений

б)экология животных

в)экология микроорганизмов

По научно-практической точки зрения

А)теоритическое

-Экологию  растений (взаимоотношения растений  и абиотической среды),

-Экологию  животных (взаимодействие животных  и факторов среды),

-Аутэкологию  (устанавливает пределы существования  особи),

-Демэкологию  (изучает естественные группировки  особей одного вида, т.е. популяции),

-Эйдэкологию  (экология видов),

-Синэкологию  (экология сообществ).

-Геоэкология  изучает влияние геологических  процессов на состояние биосферы  и ее компонентов.

    Б)социальная  экология изучает взаимоотношения  в системе “человеческое общество  – природа”, а один из ее  разделов – экология человека  – рассматривает взаимодействие  человека как биосоциального  существа с окружающей средой. Подразделяется на экологию человека (антропоэкология), экологию личности, экологию культуры.

   В)  инженерная экология  занимается  исследованием природно-технических  геосистем, формирующихся в результате  взаимодействия природы и человеческого  общества.

Задачи экологии:

1.исследование  взаимоотношения организмов друг  с другом

2.изучение  взаимоотношения организмов с  окружающей средой

3.изучение  жизни макросистем высокого ранга

4.Учение о  рациональном освоении и использовании  природных ресурсов

5.поиск оптимальных  отношений «человек-окр.среда»

Учение  о биосфере

  Термин  “биосфера” образован от греческих  слов “биос” – жизнь и “сфера”  – шар. Впервые этот термин  был введен в научную литературу  в 1875 году австрийским геологом  Эдуардом Зюссом (1831-1914).

Биосфера  – сложная многокомпонентная  система, включающая всю живую и  неживую природу, т.е. область существования  живого вещества.

  Биосфера  сформировалась в результате  длительной эволюции под влиянием  следующих естественных факторов:

1. солнечной энергии,

2.силы гравитации,

3.тектонических сил,

4.химической энергии (окислительно-восстановительные процессы)

5.биогенной энергии

Согласно  учению В. И. Вернадского, биосфера  имеет сложную внутреннюю структуру  и состоит из семи компонентов :

-Живое вещество–  совокупность всех живых организмов, населяющих планету. Характеризуется  массой, химическим составом, энергией.

-Косное вещество–  геологические образования, не  входящие в состав живых организмов  и не созданные ими (магматические  горные породы, минералы).

-Биокосное  вещество– продукты взаимодействия  живого и косного веществ (океанические  воды, почва).

-Биогенное  вещество  – геологические образования,  созданные деятельностью живых  организмов (каменный уголь, нефть,  известняки).

-Радиоактивное  вещество – химические элементы, находящиеся в состоянии радиоактивного  распада. 

-Вещество  космического происхождения метеориты).

-Рассеянные  атомы .

свойства живого вещества :

-Чрезвычайно  высокая скорость протекания  химических реакций – в сотни  и тысячи раз выше, чем в  неживой природе. 

-Способность  быстро занимать (осваивать) все  свободное пространство . Она обусловлена  быстрым размножением и способностью  организмов интенсивно увеличивать  поверхность собственного тела  или образуемых им сообществ.  Пример: площадь листьев растений, занимающих территорию в 1 га, может составлять до 10 га и  более. 

-Способность  как к пассивном, так и к  активному .

-Высокая  приспособительная способность  к различным условиям внешней  среды – к жизни в воде, в  воздухе, в почве и т.д. 

-Устойчивость  при жизни и быстрое разложение  после смерти (т. е. включение  в круговороты веществ).

-Высокая  скорость обновления живого вещества .

Перечисленные уникальные способности живого вещества служат основой взаимной адаптации  живых организмов и среды, в которой  они обитают.

Функции живого вещества:

1.Энергетическая функция живого вещества заключается в трансформации более 99% энергии, поступающей на поверхность Земли, от Солнца.

2.Газовая функция живого вещества связана с тем, что многие газов планеты имеют органическое происхождение, то есть являются продуктами жизнедеятельности живых существ.

3.Концентрационная функция заключается в том, что многочисленные организмы наделены способностью накапливать, концентрировать в себе определенные элементы, несмотря на кое слишком ничтожен содержание их в окружающей среде.

4.Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что за счет жизнедеятельности микроорганизмов в биосфере осуществляются такие химические процессы, как окисление и восстановление элементов с переменной валентностью (азот, сера, железо, марганец и др.).

5.Деструктивная функция(после смерти ор-мы разлагаются)

6.Транспортная(перенос   вещества и энергии)

7. Средообразующая функция

8.рассеевающая 

9.информационная

Биогеоценоз и его составляющие.Экосистемы и их устойчивость.

  Термин  “биогеоценоз” образован от  греч. “биос” – жизнь, “гео”  – земля и “ценоз” - сообщество. Впервые термин “биогеоценоз”  был предложен русским ученым-почвоведом  академиком В. Н. Сукачевым  в 1940 году

биогеоценоз – это конкретный однородный участок земной поверхности, на котором взаимодействуют живое и косное вещества биосферы, объединенные обменом веществ и энергии в единый природный комплекс.

Структура биогеоценоза:

-Фитоценоз  – растительные сообщества (растительность, флора).

- Зооценоз  – животный мир (животные, фауна).

-Микробоценоз–  микроорганизмы.

-Эдафотоп  – почва с подпочвенными слоями  горных пород (грунтом) и почвенно-грунтовыми  водами.

- Климатоп–  атмосфера с содержащимися в  ней кислородом, углекислым газом,  влагой, осадками.

    Каждый  биогеоценоз отделен от других  границами, которыми служат границы  растительных сообществ однородного  видового состава и строения  в закономерном сочетании. Обычно  границы растительных сообществ  совпадают с природными географическими  зонами, вследствие чего различают  биогеоценозы тундры, лесов, степей, пустынь, болот, озер и т.д. 

        Основой существования биоценоза  как основной части экосистемы  является его биоразнообразие,  так как оно ведет к повышению  его устойчивости.

   В  последнее время в научной  литературе все чаще вместо  термина “биогеоценоз” употребляют  термин “экосистема”. Действительно,  они очень близки, однако не  являются синонимами. Термин “экосистема” (экологическая система) был предложен  английским ученым-ботаником А.  Тенсли в 1935 году.

экосистема  – это сообщество живых организмов и среда их обитания, которые функционируют  совместно и связаны между  собой взаимным обменом веществ  и энергии.

        Экосистема – понятие более широкое: границы экосистемы, в отличие от границ биогеоценоза, определяются только содержанием исследуемого сообщества живых организмов и среды его обитания. То есть, каждый биогеоценоз может быть назван экосистемой, но не каждая экосистема является биогеоценозом.

Осуществление биологического круговорота  происходит посредством жизнедеятельности  трех групп организмов:

- Автотрофы  (продуценты): живые организмы, создающие  сложные органические вещества (биомассу) из простых неорганических соединений, используя внешние источники  энергии (зеленые растения и  часть бактерий):

 

 а) Фотоавтотрофы  (зеленые растения, цианобактерии  и некоторые другие виды бактерий) создают органическое вещество  в процессе фотосинтеза, используя  энергию Солнца:

 

6CO2 + 6H2O + 282 кДж  -> C6H12O6+ 6 O2

 

       б)Хемоавтотрофы (нитрифицирующие  бактерии, железобактерии, серобактерии  и другие виды бактерий) создают  органическое вещество в процессе  хемосинтеза, используя энергию  химических связей: окисляют NH3, H2S, CH4 , CO и другие простые соединения  до более сложных. 

        Количество создаваемой автотрофами  биомассы называется первичной  продукцией. Скорость образования  первичной продукции (т.е. количество  биомассы, образующейся в единицу  времени на единице площади  или в единице объема) называют  биологической продуктивностью  экосистемы.

-Гетеротрофы  (консументы): живые организмы, неспособные  синтезировать органические вещества  из неорганических и требующие  поступления органического вещества  извне в виде пищи, которой  служат автотрофы и другие  живые организмы. К консументам  относится огромное количество  живых организмов. Различают несколько  групп гетеротрофов.

 

       Консументы I порядка (фитофаги и  детритофаги) – растительноядные  животные и животные, питающиеся  детритом (например, грифы, раки, земляные  черви). Детрит – мертвые растительные  и животные остатки (опавшие  листья, фекалии, трупы и т.д.).

        Консументы II порядка(зоофаги)– плотоядные  животные, питающиеся фитофагами  и детритофагами (хищники); насекомоядные  растения и растения-паразиты.

        Консументы III порядка  – плотоядные  животные, питающиеся зоофагами  (вторичные хищники); животные-паразиты.

        Консументы IV и V порядка  –  гиперпаразиты. 

        Существуют консументы со смешанным  типом питания – полифаги (например, человек).

        Таким образом, гетеротрофы строят  свое тело за счет автотрофов. Количество биомассы, создаваемой  консументами, называется вторичной  продукцией.

-Сапротрофы: живые организмы, питающиеся мертвым  органическим веществом и разлагающие  его до простых неорганических  соединений. К ним относятся редуценты  (различные виды бактерий, простейшие, грибы), а также детритофаги . Частично минерализация органических веществ осуществляется всеми живыми организмами в процессе метаболизма.

Понятие экологического фактора

Условия среды  обитания (т. е. компоненты внешней среды), которые оказывают прямое или  косвенное воздействие на живые  организмы на протяжении хотя бы одного цикла индивидуального развития, называются экологическими факторами.

Классификация по “критерию жизни” подразумевает  деление экологических факторов на биотические и абиотические.

   1. Биотическими  факторами называют совокупность  влияний жизнедеятельности одних  организмов на жизнедеятельность  других организмов, а также на  неживую среду обитания. Например, растения выделяют кислород, необходимый  для дыхания животных, а животные  обеспечивают поступление в атмосферу  CO2, который используется растениями  в процессе фотосинтеза; одни  живые существа служат пищей  для других живых существ и  т.п. 

      2. Абиотическими факторами называют  совокупность неорганических (неживых)  компонентов экосистемы и внешней  среды, влияющих на жизнедеятельность  живых организмов. К ним относятся  температура, влажность воздуха,  давление, сила ветра, энергия  солнечных лучей, осадки, химический  состав среды обитания и т.п. 

      3. Антропогенные факторы – это  факторы, созданные деятельностью  человека и воздействующие на  окружающую среду и живые организмы.  К ним относятся истребление,  размножение и переселение человеком  в другие места обитания различных  видов животных и растений, влияние  человеческой деятельности на  климат, режим рек и др., распашка  целинных земель и т.п.

Адаптация формируется  под воздействием след.процессов:

-наследственность

-изменчивость

-отбор

Биотические факторы

Биотические – совокупность влияний жизнедеятельности  одних организмов на жизнедеятельность  других, а также на неживую среду  обитания.

Прежде всего, необходимо отметить наличие таких  форм отношений как внутривидовые  и межвидовые. Внутривидовые отношения  включают всю совокупность самых  разнообразных по содержанию, характеру  и значению связей и зависимостей между организмами и группами организмов одного вида.

Межвидовые  отношения возникают на иной основе, чем внутривидовые, и представляют собой иной тип отношений. Основой  для возникновения межвидовых отношений  служат трофические связи. Одним  из результатов межвидовых отношений  является формирование различных приспособлений защитного характера. К приспособлениям, которые возникли на основе межвидовых отношений, можно отнести явление  фагоцитоза, мимикрию, выделение фитонцидов, образование шипов, колючек, игл.

Конкуренция (–, –) – это взаимоотношения, при  которых организмы в борьбе за источники пищи или территорию воздействуют друг на друга отрицательно. Ее частными случаями являются: 1) конкуренция (в  узком смысле слова) за тот или  иной ограниченный ресурс (соперничество); 2) непосредственная «борьба» между  представителями разных видов (агрессия); 3) взаимное аллелопатическое ингибирование (антагонизм).

Хищничество (+, –) – это такая форма межвидовых отношений, при которой один вид  живет за счет другого – добывает и поедает свою жертву. Хищничество  может быть специализированным, когда  тот или иной вид хищного животного  питается строго определенной добычей. Например, скопа питается только рыбой. Нередки и многоядные хищники (волк).

Паразитизм (+, –) – взаимоотношения, при которых  один вид (паразит) живет за счет другого (хозяина), поселяясь на его поверхности  или внутри его тела.

Мутуализм –  сожительство разных видов, выгодное для  обоих партнеров.

Протокооперация – простой тип симбиотических связей. При этой форме совместное существование выгодно для обоих  видов, но не обязательно для них, т. е. не является непременным условием выживания видов (популяций).

Аменсализм (–, 0) – тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде  один вид подавляет существование  другого вида, не испытывая противодействия.

Нейтрализм (0, 0) – оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.

Квартирантство  – использование одними видами других (их тел или их жилищ) в качестве убежища или жилища.

Абиотические  факторы

Абиотические (от греч. – безжизненные) факторы  – это компоненты и явления  неживой, неорганической природы, прямо  или косвенно воздействующие на живые  организмы. В соответствии с имеющейся  классификацией выделяют следующие  абиотические факторы: климатические, эдафические (почвенные), орографические или топографические, гидрографические (водная среда), химические . Одними из важнейших абиотических факторов являются свет, температура, влажность.

-Температура

-Свет

-Вода

-питание

Антропогенные факторы

антропогенные факторы – вся разнообразная деятельность человека, которая приводит к изменению природы, как среды обитания всех живых организмов, или непосредственно сказывается на их жизни. Воздействие человека на окружающую среду сейчас имеет глобальный характер и сравнимо с геологическими силами.

Закон минимума и толерантности

Закон минимума (Ю. Либих, 1840 г.): Рост растений зависит  от того элемента питания, который присутствует в минимальном количестве. Пояснение: для питания растений очень важны  такие элементы, как калий, азот, фосфор; недостаток этих элементов  в почве приводит к отклонениям  в нормальном росте растений или  их гибели.

  Закон  минимума Либиха получил дальнейшее  развитие в законе толерантности  (Ю. Шелфорд, 1913 г.): Лимитирующим фактором  процветания живого организма  может быть как минимум, так  и максимум экологического фактора,  диапазон между которыми соответствует  величине выносливости (толерантности)  организма к данному фактору.

  Закон  Шелфорда был впоследствии (1975 г.) дополнен Ю. Одумом следующими  положениями: 

     1. Организмы могут иметь широкий  диапазон толерантности в отношении  одного экологического фактора  и низкий – в отношении другого. 

       2. Организмы с широким диапазоном  толерантности в отношении всех  экологических факторов обычно  наиболее распространены.

       3. Если условия по одному экологическому  фактору не оптимальны для  данного вида организмов, то диапазон  толерантности может уменьшиться  в отношении других факторов  и т.д.

Экологические законы жизни

     1. Закон Рулье: Результаты развития (изменений) любого объекта определяются  соотношением его внутренних  особенностей и особенностей  той среды, в которой он находится. 

 

       Пояснение : закон имеет всеобщее  значение, распространяется на живую  и неживую природу и социальную  сферу. 

 

       2. Закон сохранения жизни:Жизнь  может существовать только в  процессе движения через живое  тело потока веществ, энергии  и информации. Прекращение движения  в этом потоке прекращает жизнь. 

 

       Пояснение : закон устанавливает  принципиальную разницу между  живым и неживым веществом.  Живое сохраняется только в  процессе движения, в непрерывном  взаимодействии живого тела с  окружающей средой. Сохранение неживых  тел, напротив, требует их покоя  в благоприятной по свойствам  неподвижной среде. 

 

      3. Каждый вид организмов, поглощая  из окружающей среды необходимые  ему вещества и выделяя в  нее продукты своей жизнедеятельности,  изменяет ее таким образом,  что среда становится непригодной  для его существования. 

 

      4. Постоянное существование организмов  в любом ограниченном пространстве  возможно только в экологических  системах, внутри которых отходы  жизнедеятельности одних организмов  утилизируются другими видами  организмов.

 

     Пояснение : естественно существующая  экосистема должна включать автотрофов, гетеротрофов и сапротрофов. 

 

      5. Устойчивость экосистем определяется  соответствием их видового состава  условиям жизни и степенью  развитости самих систем.

Популяции

 

     Популяция– это естественные  группировки особей одного вида, заселяющих общие места обитания  и связанные общностью генофонда  и функциональными закономерными  взаимодействиями. Определенные природные  условия и место популяции  в биоценозе и экосистеме называется  экологической нишей данной популяции.  Каждая популяция обладает определенными  признаками, которые характеризуют  ее как целое.

Классификация популяций по способности  к самовоспроизведению .

 Перманентная  популяция– это саморегулирующаяся  система родственных между собой  особей, относительно устойчивая  в пространстве и во времени,  способная к неограниченно длительному  самовоспроизведению. Такие популяции  являются элементарными единицами  эволюции.

 Темпоральная  популяция  – это неспособная  к длительному самовоспроизведению,  неустойчивая в пространстве  и во времени система. Они  не могут долго существовать  независимо от перманентных, с  течением времени могут преобразовываться  в перманентные.

 Классификация популяций по  способу размножения. 

 Панмиктические  – популяции, состоящие из  особей, размножающихся половым  путем, для которых характерно  перекрестное оплодотворение.

 Клональные  – популяции, состоящие из  особей, для которых характерно  только бесполое размножение. 

Клонально-панмиктические –  это популяции, в которых  сочетаются половое размножение  с бесполым.

 Классификация популяций по возрастным характеристикам.

1. Нормальная  – это наиболее жизнеспособная  популяция, в которой все возраста  представлены относительно равномерно.

 

2. Регрессивная (вымирающая) – это популяции  с преобладанием старческих особей.

 

3. Внедряющаяся (инвазионная) - это популяции, представленные  молодыми особями.

Динамические показатели популяций 

 Динамические  показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за  какой-то промежуток (интервал) времени. 

 Основными  динамическими показателями (характеристиками) популяций являются: рождаемость,  смертность и скорость роста  популяций. 

Рождаемость, или скорость рождаемости, - это число  особей, рождающихся в популяции  за единицу времени. При рассмотрении экосистем пользуются другими динамическим показателем – продукцией – суммой прироста массы всех особей (независимо от того, сколько они прожили) из множества популяций биогенного сообщества за определенный промежуток времени.

Рождаемость делится на::

 Ø    абсолютную рождаемость – число  особей, появившихся в популяции  за единицу времени; 

 Ø    удельную рождаемость – выражается  в числе родившихся особей  на число особей в популяции  в единицу времени; 

 Ø    максимальную рождаемость – определяется  числом самок в популяции и  их способностью производить  определенное число детенышей  в единицу времени; 

 Ø    экологическую рождаемость –  рождаемость ниже максимальной, т.к. соответствует сложившимся  экологическим условиям.

Смертность, или скорость смертности, - это число  особей, погибших в популяции в  единицу времени. Но убыль или  прибыль организмов в популяции  зависит не только от рождаемости  и смертности, но и от скорости их иммиграции и эмиграции, т.е. количества особей, прибывших и убывших в  популяции в единицу времени. Увеличение численности, прибыль зависят  от количества отрожденных (рожденных  за какой-то период времени) и иммигрировавших  особей, а уменьшение, убыль численности  – от гибели (смертности) и эмиграции  особей.

Круговорот  веществ в биосфере

 

Круговорот  веществ и превращение энергии  как основа существования биосферы. Деятельность живых организмов в  биосфере сопровождается извлечением  из окружающей среды больших количеств  минеральных веществ. После смерти организмов составляющие их химические элементы возвращаются в окружающую среду. Так возникает биогенный (с  участием живых организмов) круговорот веществ в природе, т. е. циркуляция веществ между литосферой, атмосферой, гидросферой и живыми организмами. Под круговоротом веществ понимают повторяющийся процесс превращения  и перемещения веществ в природе, имеющий более или менее выраженный циклический характер.

Основным и наиболее распространенным видом антропогенного воздействия  на биосферу является загрязнение окружающей природной среды.

 

     Загрязнение окружающей природной  среды – это поступление в  нее или возникновение в ней  новых, нехарактерных для нее  физических, химических, биологических  или информационных агентов, оказывающих  вредное воздействие на природные  экосистемы и человека. Другими  словами, загрязнение окружающей  природной среды – это поступление  в природную среду любых твердых,  жидких и газообразных веществ,  микроорганизмов или энергий  в количествах, оказывающих вредное  воздействие на здоровье человека, флору и фауну. 

      По происхождению загрязнение  окружающей среды бывает естественным  и антропогенным.

      Естественное загрязнение – это  загрязнение, вызванное естественными  (природными) причинами и катастрофами. К ним относятся извержения  вулканов, пыльные бури, лесные и  степные пожары, селевые потоки, наводнения, землетрясения, выветривание  горных пород, ветровая и водная  эрозия, массовое цветение растений, разложение живых организмов  и т.п.

      Антропогенное загрязнение –  это загрязнение, являющееся результатом  хозяйственной деятельности человека.

 

     Выделяют следующие основные  виды загрязнений окружающей  природной среды: 

 

      1. Физическое  (параметрическое)  загрязнение – загрязнение, связанное  с изменением физических параметров  среды. В зависимости от изменения  того или иного параметра различают  следующие виды физических загрязнений: 

      а) Тепловое загрязнение.Проявляется  в повышении температуры среды.

      Источники – теплотрассы, промышленные  выбросы теплой воды и дымовых  газов и т.д. 

      б) Шумовое загрязнение. Проявляется  в превышении естественного уровня  шума и ненормальном изменении  звуковых характеристик – периодичности,  силы звука и т.п.

      Источники – работа транспорта, промышленных устройств, бытовых  приборов, поведение людей и т.д. 

      в) Радиационное и радиоактивное  загрязнения. Радиационное обусловлено  действием ионизирующих излучений,  радиоактивное – содержанием  радиоактивных веществ. Проявляется  в превышении естественного радиационного  фона Земли (1-10 мЗв/год).

      Источники – разработка радиоактивных  руд, ядерные взрывы (военные и  в мирных целях), применение радионуклидов  в различных отраслях хозяйства  (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические  установки (подводные лодки и  др.), аварии на атомных электростанциях  и предприятиях, радиоактивные отходы.

      г) Электромагнитное загрязнение.  Обусловлено длительным воздействием  электромагнитных полей. Проявляется  нарушениями в тонких клеточных  и молекулярных биологических  структурах: повышении утомляемости, возникновении чувства апатии  и др.

      Источники – высоковольтные линии  электропередач, электроподстанции,  антенны радио- и телепередающих  станций, бытовая техника (микроволновые  печи и др.), радиотелефоны, компьютеры  и т.д.

 

      2. Химическое (деструкционное) загрязнение–  загрязнение, проявляющееся в  увеличении количества химических  компонентов в определенном объеме  среды за рассматриваемый промежуток  времени, а также проникновение  в среду химических веществ,  отсутствовавших в ней ранее,  или в количествах, превышающих  норму. Различают два вида химических  загрязнений: