Экология лекции для ОЗО. Лекция 1 Предмет и задачи экологии. Среда как экологическое понятие. Факторы среды. План История развития экологии
 Скачать 247 Kb.
|
|
водоемах различаются две характерные области жизни – толщина воды ( пелагиаль) и дно (бенталь). Среди пелагических организмов выделяются характерные группировки: планктон – пассивно плавающие мелкие формы (фитопланктон и зоопланктон), нектон – активно плавающие крупные формы (рыбы, головные моллюски, и др.), нейстон – (микроскопические мелкие обитатели поверхностной пленки воды). Обитатели дна составляют бентос (фитобентос, зообентос). По отношению к воде организмы разделяют на гидрофильные, мезофильные, ксерофильные. Гидрофильные постоянно живут в воде или на суше в очень влажных местообитаниях – это клюква, ольха, ивы, некоторые тополя и многие другие растения болот и пойм. Мезофильные организмы наиболее распространены в умеренном поясе. Ксерофильные организмы могут жить в сухих местообитаниях при недостатке воды в почве и воздухе.
В ледниках, покрывающих 10% поверхности планеты, воды содержится 24 млн. км³, в подземных водах – 61 млн., в атмосфере – 13-15 тыс. км³. По словам академика А. Е. Ферсмана, вода – это самый важный минерал, без которого нет жизни на Земле. Она составляет до 99,7% массы живых организмов. Потеря организмом животного 10-20% воды вызывает его гибель. Вода служит единственным источником кислорода в атмосфере, который образуется в зеленых растениях при фотолизе воды, световой реакции фотосинтеза. Вода – один из основных факторов, определяющих климат. Обладая высокой удельной теплоемкостью, она медленно нагревается, что создает более ровные температурные условия в водной среде (по сравнению с воздушной) и оказывает смягчающее влияние на климат. Развитие промышленности, транспорта, перенаселение ряда регионов привело к значительному загрязнению гидросферы . По данным ВОЗ 80% всех инфекционных болезней в мире связано с неудовлетворительным качеством питьевой воды и нарушениями санитарно-гигиенических норм водоснабжения. Ежегодно в мире сбрасывается более 420 км.³ сточных вод . Наиболее интенсивному антропогенному загрязнению подвергаются пресные поверхностные воды суши. Использование воды на с/х нужды достигает 60-70% всех ресурсов, на втором месте стоят промышленность и энергетика, на третьем-коммунальное хозяйство городов. На хозяйственно-питьевые цели в нашей стране приходится 10% общего водопотребления. Ситуация с питьевой водой в России характеризуется как критическая.
Острой остается проблема качества воды. Инфекционная заболеваемость населения , связанная с водоснабжением , достигает 500 млн. случаев в год.Патогенные микробы проникают в водоемы при сборе нечистот с речных суд, смывании загрязнений с поверхности почвы, атмосферными осадками, выделениями людей и животных, стирке белья и купании… Вода может стать источником заражения человека гильминтами. Серьезную опасность для здоровья населения представляет химический состав воды, на которое большое значение оказывают промышленные предприятия. Уровень загрязнения воды определяется присутствием органических отходов- пестициды, нитраты, фосфаты, полихлорбифенилы… Охрана вод включает систему мер, направленных на устранение последствий загрязнения и истощения вод.
14 марта 1997 г. правительство РФ утвердило « Положение о введении государственного мониторинга водных объектов», он включает:
Методы обеззараживания воды:
Русский ученый Докучаев впервые стал рассматривать почву как динамическую , а не инертную среду. Он доказал , что почва постоянно изменяется и развивается. А в ее активной зоне идут физические, химические и биологические процессы. Почва – верхний слой суши, образовавшийся под влиянием растений, животных, микроорганизмов и климата из материнских горных пород, на которых он находится. Это важный и сложный компонент биосферы, тесно связанный с другими ее частями. В почве сложным образом взаимодействуют следующие основные компоненты:
-детрит – отмершее органическое вещество, остатки жизнедеятельности растений и животных; -множество живых организмов – от детритофагов до редуцентов, разлагающих детрит до гумуса. Таким образом, почва – биокосная система, основная на динамическом взаимодействии между минеральными компонентами, детритом, детритофагами почвенными организмами.
Процесс развития почвы заканчивается, когда достигается равновесие, соответствие почвы с растительным покровом и климатом, то есть возникает состояние климакса . Каждому типу почв соответствуют определенные типы растительных сообществ. Так, сосновые боры, как правило, растут на легких песчаных почвах, а еловые леса предпочитают более тяжелые и богатые питательными веществами суглинистые почвы. Почва является как бы живым организмом, внутри которого протекают различные сложные процессы. Для того чтобы поддерживать почву в хорошем состоянии, необходимо знать природу обменных процессов всех ее составляющих. Поверхностные слои почвы обычно содержат много остатков растительных и животных организмов, разложение которых приводит к образованию гумуса. Количество гумуса определяет плодородие почвы.
Почвенные организмы постепенно перерабатывают все органические остатки. Таким образом , в естественных условиях происходит постоянный круговорот веществ в почве. Лекция №5 Структура и типы экосистем. Взаимоотношения организмов в экосистемах. Экологическое равновесие. План
Впервые понятие «биоценоз» ввел в науку Карл Мебиус в 1877 году. Растения и животные, занимающие определенный биотоп (местообитание), составляют жизненное сообщество – биоценоз. Можно сравнить биотоп с сосудом, а биоценоз с его содержимым. Советский биолог В. Н. Сукачев (1942 г.) развивал учение о биогеоценозах. Биогеоценоз – понятие пространственное, относимое к конкретному участку суши. Это однородный участок земной поверхности. С определенным составом живых (биоценоз) и косных (приземный слой атмосферы, солнечной энергии, почвы) компонентов, объединенных обменом веществ и энергии в единый комплекс. Наряду с биогеоценозом существует понятие экосистема ( предложено А.Тенсли , 1935). Этот термин более многозначен и может применяться к искусственным комплексам организмов и абиотических факторов ( аквариум, космический корабль). Биогеоценоз и экосистемы – близкие по своей сути понятия, но данные разными учеными в разное время. Дискуссии по этому поводу среди ученых продолжаются до сих пор. Высказать свою точку зрения о том, различны или равнозначны эти понятия, можете и вы. Биоценоз возникает лишь тогда, когда каждый вид располагает собственной нишей и собственной средой обитания, когда он сумел приспособиться к окружающим условиям. Структура биоценозов. Видовая структура. Каждый конкретный биоценоз характеризуется строго определенным видовым составом. В любом биоценозе можно выделить один или несколько видов, определяющих его облик, которые называются доминантными. Виды, живущие за их счет, называются предоминантными. В биоценозе есть и так называемые эдификаторы , т. е. виды, создающие условия для жизни других видов данного биоценоза. Пространственная структура биоценоза. Ярусность – это явление вертикального расслоения биоценозов на разновысокие структурные части. Наиболее четко она выражена в растительных сообществах. Ярусы определяют сложение и структуру фитоценоза. Если их мало, то растительное сообщество простое, если много – сложное. Ярусы различаются не только высотой, но и составом организмов, их ролью в жизни сообщества. Экологическая структура биоценоза – это его состав из экологических групп организмов, выполняющих в сообществе в каждой экологической нише определенные функции. Ученым удалось выяснить ряд общих закономерностей формирования и устойчивого существования биоценозов.
Сообщества организмов связаны с неорганической средой теснейшими материально-энергетическими связями. Растения могут существовать только за счет постоянного поступления в них углекислого газа, воды, кислорода, минеральных солей. Гетеротрофы живут за счет автотрофов, но нуждаются в поступлении таких неорганических соединений как кислород и вода. Возврат биогенных элементов в среду происходит как в течение жизни организмов, так и после их смерти, в результате разложения трупов. Сообщество образует с неорганической средой определенную систему,
А. Тенсли рассматривал экосистемы как основные единицы природы на поверхности Земли, охватывающие пространство любой протяженности (пень и весь земной шар). Для поддержания круговорота веществ в системе необходимо наличие запаса неорганических молекул в усвояемой форме и трех функционально различных экологических групп организмов: продуцентов, консументов и редуцентов. Продуцентами выступают автотрофные организмы, способные строить свои тела за счет неорганических соединений. Консументы – это гетеротрофные организмы, потребляющие органическое вещество продуцентов или других консументов и трансформирующие его новые формы. Редуценты живут за счет мертвого органического вещества, переводя его вновь в неорганическое. Экосистемой являются подушка лишайников на стволе дерева, пень, водоем, луг, лес, степь, океан, биосфера. Правда, в такой системе степень замкнутости круговорота очень невелика: значительная часть продуктов распада выносятся за пределы лишайника – вымывается дождевыми водами, осыпается вниз со ствола. Часть животных мигрирует. Тем не менее, часть атомов успевает пройти несколько циклов, включаясь в тела живых организмов и освобождаясь из них прежде, чем покинет данную экосистему. В некоторых экосистемах вынос за их пределы очень велик (проточные водоемы, реки, ручьи и т. п.). Другие экосистемы имеют значительно более полный круговорот веществ и относительно автономны (лес, луг, степь). Однако ни одна система, даже экосистема Земли, не имеет полностью замкнутого круговорота. Как вы понимаете, запасы биогенных элементов на Земле небезграничны. Лишь система круговоротов дает бесконечную жизнь. Таким образом, экоразнообразие живых существ и организация потока извлекаемых из окружающей среды веществ в циклы – древнейшее свойство жизни.
Цепи питания – это перенос вещества и энергии по трофическим уровням (строятся по принципу – каждое последующие звено питается предыдущим). На каждом трофическом уровне экосистемы происходит борьба за первенство в обладании пищей. Это позволяет выжить популяциям с большей конкурентоспособностью (живучестью). Конкурентоспособность растений зависит от скорости роста, плодовитости, приспособленности к абиотич. факторам, а животных- от плодовитости, развитости органов чувств, скорости перемещения, выносливости, образа жизни. Виды цепей питания.
вещества). В любой цепи питания организм занимает определенное местоположение- экологическую нишу. Экологическую нишу могут занимать разные виды организмов, сходные по характеру питания. Известный эколог Линдеманн в 1942г. сформулировал закон превращения энергии в экосистемах- «закон 10%». «На каждом трофическом уровне усваивается только 10% энергии от предыдущего уровня». Пример цепи выедания: растения- кузнечик- лягушка- змея. Экологическая пирамида – это графическое изображение взаимоотношений в цепях питания. Бывают 3-х видов: а) по числу б) по биомассе в) по энергии Пирамида численности - отражает число организмов по трофическим уровням, причем численность особей при движении от продуцентов к консументам различного порядка значительно уменьшается. Пирамида биомасс – показывает соотношение биомассы всех организмов в данной экосистеме по трофическим уровням. Пирамида энергии – разновидность пирамиды биомасс, в которой представлено количество энергии, заключенной в каждом из трофических уровней экосистемы или проходящей через эти уровни. Для водных экосистем пирамида биомасс перевернутая.
Закономерный, направленный процесс изменения сообществ в результате взаимодействия организмов друг с другом и окружающей средой называется – экологической сукцессией. Сукцессия управляется самим сообществом и приводит к формированию более устойчивых сообществ. Выделяют 2 типа сукцессий:
Первичная сукцессия: начинается на территориях , лишенных почв и зачатков жизни. Первыми поселяются мхи и лишайники, начиная разрушать горные породы. На подготовленной почве появляются однолетние травы. В течении длительного времени формируется ярусность, увеличивается разнообразие видов, возникают разные виды взаимодействия между живыми организмами. Длительность первичной сукцессии -несколько сотен лет. Например: формирование сообщества на участке скалы. Вторичная сукцессия: возникает на территориях, где уже имеется почва и существует сообщество. Причина таких сукцессий – деятельность человека , климатические изменения, деятельность самих живых организмов в экосистеме. Длительность около 100 лет. Например: зарастание заброшенного садового участка. Примером смены биоценоза как результата жизнедеятельности входящих в них организмов может служить процесс зарастания озер. Завершает такую последовательную смену сообществ конечная стадия (климакс), к которой вполне закономерно стремится процесс развития биоценозов. При определенных условиях климата из каждого мелкого озера возникает верховое болото; на любой поляне вновь появится сомкнутый лес, понижение уровня грунтовых вод приведет к смене леса степью и т. д. Так же, как отдельный вид меняется в ходе эволюции под давлением наследственных и климатических изменений и в конце концов может превратиться в другой вид, так и биоценоз в целом может измениться. Сообщество может предопределить собственную гибель и освободить место для своего преемника. Такая последовательная смена сообщества (сукцессия) часто наблюдается в природе. Так , например, любой пруд «осушается» в течение нескольких десятилетий или столетий, даже крупные озера существуют всего по нескольку тысячелетий. |