Экология отдельных мини-округов

1) Экология (греч. oikos —  жилище, местопребывание, logos — наука)—  биологическая наука о взаимоотношениях  между живыми организмами и  средой их обитания. Этот термин  был предложен в 1866 г. немецким  зоологом Эрнстом Геккелем. Становление  экологии стало возможным после того, как были накоплены обширные сведения о многообразии живых организмов на Земле и особенностях их образа жизни в различных местообитаниях и возникло понимание, что строение, функционирование и развитие всех живых существ, их взаимоотношения со средой обитания подчинены определенным закономерностям, которые необходимо изучать.

Объектами экологии являются преимущественно  системы выше уровня организмов, т. е. изучение организации и функционирования надорганизменных систем: популяций, биоценозов (сообществ), биогеоценозов (экосистем) и биосферы в целом. Другими словами, главным объектом изучения в экологии являются экосистемы, т. е. единые природные комплексы, образованные живыми организмами и средой обитания.

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. В задачи экологии сообществ (биоценологии) входит изучение закономерностей организации различных сообществ, или биоценозов, их структуры и функционирования (круговорот веществ и трансформация энергии в цепях питания).

Главная же 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.

Антропогенные изменения затронули  практически все экосистемы планеты, газовый состав атмосферы, энергетический баланс Земли. В круг проблем экологии включены также вопросы экологического воспитания и просвещения, морально-этические, философские и даже правовые вопросы. Следовательно, экология становится наукой не только биологической, но и социальной.

2) Экологический фактор — любое, далее неделимое, условие среды обитания, оказывающее воздействие на организм, хотя бы на протяжении одной стадии онтогенеза. Среда включает в себя все тела и явления, с которыми организм находится в прямых или косвенных отношениях.Экологические факторы — температура, влажность, ветер, конкуренты и т. д. — отличаются значительной изменчивостью во времени и пространстве. Степень изменчивости каждого из этих факторов зависит от особенностей среды обитания.

• Биотические факторы — всё множество факторов среды, связанных с деятельностью живых организмов. К ним относятся фитогенные (растения), зоогенные (животные), микробиогенные (микроорганизмы) факторы.
• Антропогенные факторы — всё множество факторов, связанных с деятельностью человека. К ним относятся физические (использование атомной энергии, перемещение в поездах и самолётах, влияние шума и вибрации и др.), химические (использование минеральных удобрений и ядохимикатов, загрязнение оболочек Земли отходами промышленности и транспорта; биологические (продукты питания; организмы, для которых человек может быть средой обитания или источником питания), социальные (связанные с отношениями людей и жизнью в обществе) факторы.
• Абиотические факторы — всё множество факторов, связанных с процессами в неживой природе. К ним относятся климатические (температурный режим, влажность, давление), эдафогенные (механический состав, воздухопроницаемость, плотность почвы), орографические (рельеф, высота над уровнем моря), химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность), физические (шум, магнитные поля, теплопроводность, радиоактивность, космическое излучение)

3) Экологические факторы  оказывают на живые организмы  воздействия разного рода. Они  могут являться:

раздражителями, которые способствуют появлению приспособительных (адаптивных) физиологических и биохимических изменений (зимняя спячка, фотопериодизм);

ограничителями, изменяющими географическое распространение организмов из-за невозможности  существования в данных условиях;

модификаторами, которые вызывают морфологические и анатомические изменения организмов;

сигналами, свидетельствующими об изменениях других факторов среды.                                                           .

Рис. 14.1. Схема действия экологического фактора на жизнедеятельность организмов: 1, 2. 3 — точки минимума, оптимума и максимума соответственно; I, II, III—зоны пессимума, нормы и оптимума

Разные виды живых организмов заметно  отличаются друг от друга как по положению оптимума, так и по пределам выносливости. организмы, для существования которых необходимы строго определенные, относительно постоянные условия среды, называют стенобионтными (греч. stenos — узкий, bion — живущий), а те, которые живут в широком диапазоне изменчивости условий среды, —эврибионтными (греч. eurys — широкий). При этом организмы одного и того же вида могут иметь узкую амплитуду по отношению к одному фак тору и широкую — к другому (например, приспособленность к узкому диапазону температур и широкому диапазону солености воды). Кроме того, одна и та же доза фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной для другого и выходить за пределы выносливости для третьего.

Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. 

В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной  взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию. Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим.Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими).

4) Экологическая ниша — место, занимаемое видом (точнее — его популяцией) в сообществе (биоценозе), комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Этот термин введен в 1914 году Дж. Гриннеллом и в 1927 году Чарльзом Элтоном^[1].Экологическая ниша представляет собой сумму факторов существования данного вида, основным из которых является его место в пищевой цепочке. По Хатчинсону^[2] экологическая ниша может быть:

• фундаментальной — определяемой сочетанием условий и ресурсов, позволяющим виду поддерживать жизнеспособную популяцию;
• реализованной — свойства которой обусловлены конкурирующими видами.

Это различие подчеркивает, что межвидовая конкуренция приводит к снижению плодовитости и жизнеспособности и что в фундаментальной экологической нише может быть такая часть, занимая которую вид в результате межвидовой конкуренции не в состоянии больше жить и успешно размножаться. Эта часть фундаментальной ниши вида отсутствует в его реализованной нише (Бигон и др., 1989). Таким образом, реализованная ниша всегда входит в состав фундаментальной или равна ей.

5) Взаимодействие живых организмов  в биоценозе  
 
Биоценоз-группировка совместно обитающих и взаимно связанных видов.когда виды не могут избежать конкуренции за основные ресурсы, более слабые конкуренты постепенно вытесняются из сообщества. Взаимодействия организмов в биоценозе:  
отношения типа хищник-жертва, паразит-хозяин это прямые пищевые связи, имеющие для одного из партнеров отрицательные, а для другого - положительные последствия.  
комменсализм - форма взаимоотношений между двумя видами, когда деятельность одного из них предоставляет пищу или убежище другому. Примеры-взаимоотношения львов и гиен, поселение растений-эпифитов на коре деревьев, рыбки Fieraster, прячущиеся в водяных легких голотурий.  
мутуализм - взаимовыгодные отношения видов. Если эта связь неразделима, то называют эти взаимоотношения симбиозом.  
нейтрализм - такая форма биотических отношений, при которой сосуществование видов на территории не имеет для них ни положительных, ни отрицательных последствий.  
При аменсализме для одного из двух видов последствия взаимодействия отрицательны, а второй не получает от них ни вреда, ни пользы.  

6) Если в биоценозе все организмы расположить по трофическим уровням пищевых цепей и подсчитать на каждом уровне число особей, их массу, количество заключенной в них энергии, то станет заметным, что по мере продвижения к концу цепи все показатели резко уменьшаются. Ч. Элтон в 1927 г. предложил выразить эту закономерность графически. Если изобразить число особей, их массу или энергию в виде размещенных один над другим прямоугольников равной высоты, длина (или площадь) которых пропорциональна количеству организмов в каждом трофическом уровне, то получится пирамида. Такие изображения пищевых цепей и получили название экологических пирамид. В зависимости от того, какой показатель использован, различают пирамиды чисел (число особей каждого уровня), пирамиды массы и пирамиды энергии (рис.).

Однако не всегда и  не все пирамиды имеют такой вид. Даже одна и та же пищевая цепь может  иметь разные формы пирамид. 
Более удобно использовать пирамиды, в которых учитывается биомасса организмов каждого трофического уровня, отнесенная к единице площади или объема. Правило экологических пирамид отражает круговорот веществ и поток энергии в экосистеме. Знание законов накопления и распределения продукции в системе важно с практической точки зрения.

7) БИОЛОГИЧЕСКОЕ НАКОПЛЕНИЕ , концентрирование (накопление) ряда химич. веществ (пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов и др.) в трофич. цепях экосистемы. Накопленные вещества могут вызвать мутагенный, тератогенный, канцерогенный, летальный и др. отрицательные эффекты.

8) Кривая выживания  представляет собой график зависимости  от времени числа выживших  на данный момент особей для  некоторой начальной группы новорожденных.  Каждому биологическому виду  свойственна своя характерная  кривая выживания. При построении графика по оси абсцисс откладывают относительный возраст, а по оси ординат — абсолютное число выживших особей или их процент от исходного числа. 
Рис. 1. Характерные кривые выживания: 1 — бактерии и гаплоидные дрожжи; 2 — диплоидные дрожжи и клетки млекопитающих; 3 — инфузории и амёбы. Стрелками показан метод определения D0 и DQ. Ось абсцисс — доза облучения (условные единицы); ось ординат — выживаемость (%). Масштаб полулогарифмический.

Приспособления особей в популяции в конечном счете  направлены на повышение вероятности  выживания и оставление потомства. Среди приспособлений выделяется комплекс, называемый экологической стратегией. Экологическая стратегия популяции — это ее общая характеристика роста и размножения. Сюда входят темпы роста ее особей, время достижения поло-возрелости, плодовитость, периодичность размножения и т. д.

существует  две стратегии выживания - это  р стратегия и к стратегия  выживания.

Экологические стратегии  популяций отличаются большим разнообразием. Так, при изложении материала  роста популяций и кривых роста  были использованы символы г и  К. Быстроразмножаю-щиеся виды имеют  высокое значение г и называются г-видами. Виды с относительно низким значением r называют К-видами. Скорость их размножения чувствительна к плотности популяции и остается близкой к уровню равновесия, определяемому величиной К. Об этих двух типах видов говорят, что они используют соответственно r-стратегию и К-стратегию. 
Эти две стратегии, по существу, представляют два различных решения одной задачи — длительного выживания вида. Виды с г-стратегией быстрее заселяют нарушенные местообитания (обнаженная горная порода, лесные вырубки, выгоревшие участки и т. д.), чем виды с К-стратегией, т. к. они легче распространяются и быстрее размножаются. Виды с К-стратегией более конкурентоспособны, и обычно они вытесняют r-виды, которые тем временем перемещаются в другие нарушенные местообитания. Высокий репродуктивный потенциал г-видов свидетельствует, что, оставшись в каком-либо местообитаний, они быстро использовали бы доступные ресурсы и превысили поддерживающую емкость среды, а затем популяция погибла бы. Виды с r-стратегией занимают данное местообитание в течение жизни одного или, самое большее, нескольких поколений. В дальнейшем они переселяются на новое место. Отдельные популяции могут регулярно вымирать, но вид при этом перемещается и выживает. В целом эту стратегию можно охарактеризовать как стратегию «борьбы и бегства» 
Следует отметить, что одну и ту же среду обитания разные популяции могут использовать по-разному, поэтому в одном и том же местообитаний могут сосуществовать виды с r- и К-стратегией. Между этими крайними стратегиями существуют переходы. Ни один из видов не подвержен только r- или только К-отбору. В целом же r- и К-стратегии объясняют связь между разнокачественными характеристиками популяции и условиями среды.

9) Биогеоценоз (от греч. βίος — жизнь γη — земля + κοινός — общий) — система, включающая сообщество живых организмов и тесно связанную с ним совокупность абиотических факторов среды в пределах определенной территории, связанные между собой круговоротом веществ и потоком энергии. Представляет собой устойчивую саморегулирующуюся экологическую систему, в которой органические компоненты (животные, растения) неразрывно связаны с неорганическими (вода, почва). Примеры: сосновый лес, горная долина. Биогеоценоз включает живую часть, или биоценоз — совокупность живых организмов, и неживую, абиотическую часть, которую слагают климатические факторы данной территории, почва и условия увлажнения (биотоп).Термин «биоценоз» предложил немецкий зоолог К.Мебиус в 1877г.

10) Видовая структура биоценоза — это разнообразие видов, которые его составляют, и соотношение их численности или массы.

Следовательно, анализируя видовой состав биоценозов, можно  сделать вывод, что чем богаче видовая структура биоценоза, тем  благоприятнее условия, в которых он обитает. Видовая структура биоценоза зависит и от его возраста. Молодые биоценозы бедны по видовому составу, а по мере развития он усложняется. Объясняется это тем, что биоценозы сами способны улучшать условия своего обитания.Для оценки роли отдельного вида в видовой структуре биоценоза применяют несколько показателей:

обилие вида — число особей данного вида на единицу площади

частота встречаемости характеризует равномерное или неравномерное распределение вида. Для учета этого показателя обычно закладывают несколько пробных площадок разного размера (1 м х 1 м, 2 м х 2 м, 10 м х 10 м, так до 1 гектара) или отбирают несколько проб

степень доминирования — это отношение числа особей данного вида к общему числу особей всех видов, выраженное в процентах.

Пространственная структура биоценоза определяется расположением его частей в пространстве, это касается прежде всего растительной части биоценоза. Различают надземную и подземную структуру фитоценоза. Размещение растений на разной высоте (в разных ярусах) принято называть вертикальной пространственной структурой.

Ярусность имеет огромный биологический смысл: поток света, падающий на биоценоз, проходит через  несколько ярусов и фотосинтетическая  поверхность каждого усваивает солнечную энергию, они эффективнее используют солнечную энергию, чем одноярусные агроценозы.

В фитоценозах есть и  неярусная растительность: лишайники, лианы, растения-паразиты. Ярусность  наиболее ярко выражена в лесных фитоценозах, но она выявляется и в луговых, и в степных сообществах. Число  ярусов определяется условиями обитания: чем они благоприятнее, тем больше ярусов.

Кроме вертикальной различают  горизонтальную структуру, или мозаичность. Она присуща всем биоценозам, которые  расчленены на отдельные микрогруппировки, что обусловлено деятельностью человека, природными условиями, рельефом. Знание структуры биоценоза (видовой, пространственной, экологической) необходимо при планировании мелиоративных мероприятий, прогнозировании последствий хозяйственной деятельности человека, оценке устойчивости систем. Нетрудно было предвидеть, что осушение болот в Полесье приведет к коренному изменению видового состава этого региона, так как с понижением уровня грунтовых вод исчезают все влаголюбивые виды.

11) Энергетика Экосистемы - совокупность потоков энергии в экосистему, ее преобразования и выхода.

В любой экосистеме седует выделить несколько составляющих ее компонентов. Первый из них — неорганические вещества (углерод, кислород, азот, углекислый газ, вода и т.д.). Затем следуют  органические соединения (белки, липиды (жиры), углеводы и др.), являющиеся связующим звеном между живой (биотической) и неживой (абиотической) частями экосистемы. К важным ее элементам относятся и физические факторы абиотической среды (температура, влажность, давление и др.). Биотическая часть экосистемы состоит из живых организмов, подразделяющихся на три основные категории:

1) Продуценты — организмы,  поддерживающие свою жизнедеятельность,  путем производства из неорганических  веществ органические при помощи  химической реакции фотосинтеза, для осуществления которой необходим приток световой энергии.

2) Консументы — живые  существа, поедающие другие оранизмы  или частицы органичекого вещества  и, таким образом, обеспечивающие  себя необходимой энергией.

3) Редуценты — организмы,  питающиеся останками растений и животных (т.е. органическим веществом) и разлагающие их до простых минеральных веществ, которые могут легко усваиваться продуцентами.

Первые три вышеназванных  компонента представляют собой абиотическую составляющую экосистемы, последние же три являютя ее организменной частью. Причем продуценты называют автотрофами, так как они самостоятельно вырабатывают органическое вещесвто, а консументы и редуценты относятся к гетеротрофам, то есть к организмам, потребляющим готовое органическое вещество. Продуценты, консументы и редуценты образуют собой так называемую биомассу. Совокупность всех шести данных элементов складывают собой структуру экосистемы.

Одно из определений  энергии характеризует ее, как  общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связаны воедино. Изменение энергии какой — либо системы происходит при совершении работы. Иными словами, энергия — это способность совершать работу. Свойства энергии описываются первым и вторым законами термодинамики.

Перенос энергии в  экосистеме осуществляется через так  называемые пищевые цепи. В свою очередь, пищевая цепь — это перенос энергии от ее первоначального источника (обычно им являются автотрофы) через ряд организмов, путем поедания одних другими.

Сосна обыкновенная => Тли => Божьи коровки => Пауки =>Насекомоядные                    

птицы => Хищные птицы.

12) Любая экологическая система непрерывно изменяется, приспосабливаясь к изменениям внешней среды. Аллогенные изменения обусловлены геохимическими силами, действующими на экосистему извне, а также действием геологических факторов. Автогенные изменения протекают под действием факторов, возникающих внутри экосистемы. Экологическая сукцессия - это процесс направленного развития экосистемы, протекающий через последовательное замещение простого сообщества более сложным, с более богатым биологическим разнообразием, с более сложной пространственной и трофической структурой, в результате которого экосистема становится более устойчивой.Характерные признаки сукцессии:

1. Происходит под действием биотического компонента экосистемы, так как биотическое сообщество изменяет физическую среду обитания и благодаря этим изменениям устанавливаются определенные скорость сукцессии, ее хараткер и пределы протекания.
2. Упорядоченное развитие экосистемы, связанное с изменением видовой структуры сообщества.
3. Протекает до тех пор, пока экосистема не станет стабилизированной, то есть когда на единицу потока энергии приходится максимальная биомасса и максимальное количество межвидовых взаимодействий. Это состояние называют климаксом.
4. В ходе сукцессии экосистема проходит через определенные промежуточные стадии развития, каждой из которых отвечает свой биоценоз. Эта последовательность - так называемый сукцессионный ряд (серия).

Выделяют следующие виды и типы сукцессий экологических систем:

Первичные сукцессии - начинаются на безжизненных, лишенных жизни субстратах (скальные породы, продукты извержения вулкана) и в процессе их протекания формируются не только фитоценозы, но и почвы.Вторичные сукцессии - возникают на месте нарушенных или разрушенных климаксных экосистем (после пожара, вырубки леса, засухи. Автотрофная сукцессия: первыми в сообществе появляются автотрофы (зеленые растения). Наиболее распространены автотрофные сукцессии и протекают они до установления климаксной стадии развития экосистемы.Гетеротрофная сукцессия: происходит в субстратах, в которых отсутствуют живые растения (продуценты) и в которых участвуют только животные (гетеротрофы), а также мертвые растения. Деструктивные сукцессии - не завершаются конечным климаксным состоянием. Воздействие человека на экологическую систему часто приводит к упрощению экосистемы - то есть дегрессии.Смена сообществ в результате дегрессии завершается не климаксными сообществами с более сложной структурой, а стадиями катоценоза, которые часто заканчиваются полным распадом экосистемы.Катастрофическая сукцессия - вызывается какой-либо природной или антропогенной катастрофой.

13) В представлении  В. И. Вернадского, человек –  часть живого вещества,подчиненного общим законом организованности биосферы, вне которой оно существовать не может. Человек является частью биосферы, утверждал выдающийся ученый. В. И. Вернадскому принадлежит научная разработка понятий биосфера и ноосфера. Биосфера - оболочка земли, на которой и в которой развивается и существует жизнь.

Биосфера включает: - всю гидросферу до 12 км. - всю атмосферу до 10 км. - всю литосферу до 5 км.

Основа существования биосферы и динамического равновесия - круговорот веществ в природе.

14) Сфера взаимодействия общества и природы, в пределах которой разумная

деятельность предстает главным, определяющим фактором развития биосферы и

человечества, называется ноосферой.

Это новое

состояние биосферы, к которому мы, не замечая этого приближаемся, и  есть

"ноосфера". Ноосфера представляет  собой качественно новый этап  эволюции

биосферы, в котором создаются  новые формы ее организованности как новое

единство, возникающее в результате взаимодействия природы и общества. В ней

законы природы тесно переплетаются  с социально-экономическими законами

развития общества, образуя высшую материальную целостность "очеловеченной             

природы".

В. И. Вернадский, предугадавший наступление эпохи научно-технической

революции в XX веке, основной предпосылкой перехода биосферы в ноосферу

считал научную мысль. Материальным ее выражением в преобразуемой человеком

биосфере является труд. Единство мысли и труда не только создает новую

социальную сущность человека, но и предопределяет переход биосферы в

ноосферу. "Наука есть максимальная сила создания ноосферы" – таково главное

положение В. И. Вернадского в учении о биосфере