экология. Вопрос Основные законы экологии. Вопросы для самопроверки Литература по теме Тема Глобальные проблемы окружающей среды Вопрос Нарушение устойчивости биохимических циклов
 Скачать 143.04 Kb.
|
|
Аннотация Тема 1. Основные понятия и законы экологии Вопрос 1. Уровни организации живых систем. Вопрос 2. Взаимоотношения организмов и среды в экологических системах. Вопрос 3. Экологические факторы. Вопрос 4. Основные законы экологии. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 2. Глобальные проблемы окружающей среды Вопрос 1. Нарушение устойчивости биохимических циклов. Вопрос 2. Природные ресурсы. Классификация ресурсов. Вопрос 3. Экологические конфликтные ситуации. Вопрос 4. Основные глобальные экологические проблемы современности. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 3. Экологические принципы рационального использования природных ресурсов и охраны природы Вопрос 1. Стандарты качества компонентов природы: воздуха, воды, почвы. Вопрос 2. Принципиальные направления инженерной защиты и восстановления компонентов окружающей природной среды. Вопрос 3. Экологическая экспертиза, стандартизация и паспортизация. Вопрос 4. Оценка экологической обстановки. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Тема 4. Правовые и экономические основы охраны окружающей среды. Вопрос 1. Основы экологического права, природоохранное законодательство, ответственность за экологические правонарушения и профессиональная ответственность. Вопрос 2. Основы экономики природопользования. Вопросы для самопроверки: Литература по теме: Аннотация Предметом изучения дисциплины «Экология» являются основы организации, функционирования и взаимосвязи надорганизменных систем, в том числе и антропогенных, различных уровней. Объектом изучения выступает взаимодействие человека и окружающей его среды в различных экологических системах. Настоящая дисциплина входит в базовую (обязательную) часть математического и естественнонаучного цикла, предусмотренного Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 230400 Информационные системы и технологии (квалификация (степень) «бакалавр»). Цель изучения дисциплины: формирование у студентов экологического мировоззрения, воспитание способности сознательно и ответственно оценивать и организовывать свою профессиональную деятельность с точки зрения охраны биосферы и окружающей среды. Задачи изучения дисциплины: сформировать у студентов представления о сущности и содержании основных понятий и законов экологии, глобальных проблемах окружающей среды; сформировать знания о факторах, определяющих устойчивость биосферы; динамике характеристик антропогенного воздействия на природу; принципах рационального природопользования, методах снижения хозяйственного воздействия на биосферу и способах достижения устойчивого развития; организационных и правовых средствах охраны окружающей среды; выработать умения осуществления в общем виде оценки антропогенного воздействия на окружающую среду и грамотного использования нормативно-правовых актов при работе с экологической документацией; выработать практические навыки экономической оценки ущерба от деятельности предприятия и выбора рационального способа снижения воздействия на окружающую среду. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих общекультурных (ОК) и профессиональных (ПК) компетенций, предусмотренных Федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению подготовки 230400 Информационные системы и технологии (квалификация (степень) «бакалавр»): способность научно анализировать социально значимые проблемы и процессы, умение использовать на практике методы гуманитарных, экологических, социальных и экономических наук в различных видах профессиональной и социальной деятельности (ОК-4); осознание значения гуманистических ценностей для сохранения и развития современной цивилизации; готовность принять нравственные обязанности по отношению к окружающей природе, обществу, другим людям и самому себе (ОК-8); готовность использовать основные законы естественнонаучных дисциплин в профессиональной деятельности, применять методы математического анализа и моделирования, теоретического и экспериментального исследования (ОК-10); способность использовать знание основных закономерностей функционирования биосферы и принципов рационального природопользования для решения задач профессиональной деятельности (ПК-14); способность использовать технологии разработки объектов профессиональной деятельности в областях: машиностроение, приборостроение, наука, техника, образование, медицина, административное управление, юриспруденция, бизнес, предпринимательство, коммерция, менеджмент, банковские системы, безопасность информационных систем, управление технологическими процессами, механика, техническая физика, энергетика, ядерная энергетика, силовая электроника, металлургия, строительство, транспорт, железнодорожный транспорт, связь, телекоммуникации, управление инфокоммуникациями, почтовая связь, химическая промышленность, сельское хозяйство, текстильная и лёгкая промышленность, пищевая промышленность, медицинские и биотехнологии, горное дело, обеспечение безопасности подземных предприятий и производств, геология, нефтегазовая отрасль, геодезия и картография, геоинформационные системы, лесной комплекс, химико-лесной комплекс, экология, сфера сервиса, системы массовой информации, дизайн, медиаиндустрия, а также предприятия различного профиля и все виды деятельности в условиях экономики информационного общества (ПК‑18). В результате изучения дисциплины обучаемый должен: иметь представление: о фундаментальных законах, явлениях и эффектах в области экологии; о требованиях экологии по защите окружающей среды; об основах экологического мониторинга и методах оценки экологической обстановки; знать: факторы, определяющие устойчивость биосферы; характеристики возрастания антропогенного воздействия на природу; принципы рационального природопользования; методы снижения хозяйственного воздействия на биосферу; организационные и правовые средства охраны окружающей среды; способы достижения устойчивого развития; уметь: осуществлять в общем виде оценку антропогенного воздействия на окружающую среду с учётом специфики природно-климатических условий; грамотно использовать нормативно-правовые акты при работе с экологической документацией; владеть: методами экономической оценки ущерба от деятельности предприятия; методами выбора рационального способа снижения воздействия на окружающую среду. Тема 1. Основные понятия и законы экологии Вопросы темы: 1. Уровни организации живых систем. 2. Взаимоотношения организмов и среды в экологических системах. 3. Экологические факторы. 4. Основные законы экологии. Цели и задачи изученияданной темы — получение общетеоретических знаний об уровнях организации живых систем и взаимоотношениях организмов и среды в экологических системах. Серьёзное и целенаправленное изучение первой темы познакомит студентов с основными экологическими факторами, основными законами экологии, а также с основами понятийного аппарата дисциплины. В результате успешного изучения темы Вы: Узнаете: как организованы живые системы на Земле; какими элементарными единицами образованы основные уровни организации жизни и какие основные процессы происходят на этих уровнях; как взаимодействуют между собой различные виды живых организмов; как живые организмы взаимодействуют с окружающим их миром; какие основные факторы воздействуют на живые организмы; как живые организмы адаптируются к воздействию различных экологических факторов; как функционируют экологические системы; каким основным законам подчиняется развитие живых организмов, взаимодействие их между собой и окружающим миром в сообществах различной сложности. Приобретёте следующие профессиональные компетенции: способность использовать знание основных закономерностей функционирования биосферы для решения задач профессиональной деятельности. В процессе освоения темы акцентируйте внимание на следующих ключевых понятиях: Адаптация — эволюционно возникшее приспособление организмов к условиям среды в виде изменений их внешних и внутренних особенностей. Анабиоз (лат. anabiosis — оживление) — состояние живого организма при котором обмен веществ и другие процессы жизнедеятельности замедляются настолько, что отсутствуют видимые признаки жизни. Биогеоценоз (по В.Н. Сукачеву) — совокупность на известном протяжении земной поверхности однородных природных явлений: атмосферы, горной породы, гидрологических условий, растительности, животного мира, микроорганизмов и почвы. Биотоп (греч. bios — жизнь, topos — место) — пространство с более или менее однородными условиями, которое занимает биоценоз. Биосфера — совокупность всех биогеоценозов Земли, область распространения жизни на ней. Биоценоз (греч. bios — жизнь, koinos — общий) — организованная группа взаимосвязанных популяций растений, животных, грибов и микроорганизмов, живущих совместно в практически одних и тех же условиях среды. Криптобиоз (греч. kriptos— тайный, bios — жизнь) — обезвоживание тканей организмов для обеспечения его выживания в неблагоприятных условиях среды путём глубокого замедления метаболизма. Популяция (по С.С. Шварцу) —элементарная группировка организмов определённого вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях среды необозримо длительное время. Среда — комплекс природных тел и явлений, с которыми организм находится в прямых или косвенных взаимоотношениях. Терморегуляция — способность живых организмов изменять в определённых пределах температуру своего тела при помощи физиологических процессов. Экологическая валентность организмов — диапазон приспособленности (адаптированности) вида к разнообразным условиям среды. Экологическая система (экосистема) — совокупность организмов и неорганических компонентов окружающей их среды, в которой может осуществляться круговорот веществ. Экологический спектр вида — совокупность экологических валентностей вида по отношению к различным факторам среды. Экологический фактор — любое условие среды, способное оказывать на живой организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития прямое или косвенное влияние. Фотопериодизм — способность живых организмов реагировать на изменение продолжительности дня. Теоретический материал по теме Вопрос 1. Уровни организации живых систем. При всей сложности организации живой системы она состоит из биологических макромолекул (нуклеиновых кислот ДНК и РНК, белков, полисахаридов) и некоторых других важных органических веществ, поэтому организация живой материи начинается с молекулярногоуровня. На этом уровне начинаются процессы, обеспечивающие жизнедеятельность организма — обмен веществ, превращение энергии, передача наследственной информации и другие. На следующем, клеточном, уровне сопрягаются важнейшие процессы передачи информации и превращения веществ и энергии. Клетка, являясь структурной и функциональной единицей каждого живого организма, также является е единицей его развития. Совокупность клеток образует организм. На организменном уровне элементарной единицей выступает отдельная особь. Популяции, объединяя общим местом обитания, организмы одного вида, формируют следующий уровень организации жизни — популяционно-видовой. Обладая общим генофондом и занимая определённую территорию, популяции являются надорганизменными системами, в которых происходят элементарные эволюционные изменения. Обладая способностью перестраивать свой генофонд в соответствии с изменениями экологических факторов среды обитания, популяции представляют собой, с точки зрения современной экологии, элементарную единицу микроэволюции. Формирование у особей популяций соответствующих условиям местообитаний адаптаций делают популяцию развивающейся единицей. Популяции, будучи длительное время включёнными в состав сложившихся в их местообитаниях трофических (пищевых) цепей, также являются основными биотическими элементами экологических систем. В популяциях действуют специфические законы, обусловленные воздействием как абиотических, так и биотических факторов (источником которых являются не только совместно обитающие виды, но собственные особи популяции). Несмотря на ограниченность имеющихся в распоряжении популяции ресурсов, действие этих законов обеспечивает реализацию генетической цели популяции — её воспроизводство в оставляемом потомстве. Важность популяционно-видового уровня в иерархии организации живой материи обусловило появление и развитие в рамках общей экологии отдельного научного направления — демэкологии, приоритетной проблемой изучения которой являются биотические взаимоотношения в популяциях. Демэкология(от греч. demos — народ) — раздел общей экологии, изучающий структурные и функциональные характеристики, динамику численности популяции, внутрипопуляционные группировки и их взаимоотношения, выясняющий условия, при которых формируются популяции, и др. Следующий уровень организации жизни, биогеноценотический, образован биогеоценозами — системами, включающими биоценозы и занимаемые ими биотопы. Биоценозы являются высшей формой существования живых организмов и так же, как и популяции, являются надорганизменными макросистемами. Они включают в себя характерную совокупность живых организмов, сохраняющих в пространстве и времени свои основные признаки и образующих относительно устойчивые флору и фауну. В качестве компонентов биоценоза выступают фитоценоз (растительность), зооценоз (животный мир) и микробоценоз (микроорганизмы), а компонентов биотопа — климатоп (атмосфера) и эдафотоп (почва и грунт). Биотоп и находящийся на нём биоценоз связаны между собой следующими основными принципами: 1) чем разнообразнее условия биотопа, тем больше видов в биоценозе — принцип разнообразия(А. Тинеман); 2) чем выше отклонения условий биотопа от нормы, тем беднее видами и специфичнее биоценоз, а численность особей отдельных составляющих его видов выше — принцип отклонения условий(А. Тинеман); 3) чем более плавно изменяются условия среды в биотопе и чем дольше он остается неизменным, тем богаче видами биоценоз и тем более он уравновешен и стабилен — принцип плавности изменения среды (Г.М. Франц). В рамках общей экологии исследованием биоценозов занимается синэкология. Синэкология (биоценология) — раздел общей экологии, изучающий закономерности возникновения сообществ и совместной жизни в них живых организмов. Для биогеоценоза характерны специфические взаимодействия составляющих его элементов, их специфичная структура и тип обмена веществ и энергии как между собой, так и с другими компонентами природной среды. Любой биогеоценоз включает в себя три основные живые составляющие части: 1) продуценты, организмы, производящие первичную продукцию (зелёные растения); 2) консументы, организмы, нуждающиеся в готовой пище (первичные или консументы 1‑го рода — травоядные, вторичные или консументы 2-го рода — хищники, третичные или консументы 3-го рода — всеядные); 3) редуценты, организмы, разлагающие отмершее органическое вещество до неорганического, которое впоследствии используется продуцентами (грибы и микроорганизмы). Высшим уровнем организации жизни является биосферный. На биосферном уровне происходят превращение энергии и круговорот веществ. Вопрос 2. Взаимоотношения организмов и среды в экологических системах. В биоценозах совместно сосуществуют различные виды, оказывая друг на друга нейтральное, благоприятное или неблагоприятное воздействие. Основными видами взаимодействия живых организмов в биоценозах являются следующие. Нейтрализм — виды не зависят друг от друга и не оказывают влияния друг на друга. Конкуренция — популяции или особи в борьбе за ресурсы (пищевые, местообитание и другие) отрицательно воздействуют друг на друга. В соответствии с сформулированным Г.Ф. Гаузе законом конкурентного исключенияв условиях ограниченных пищевых ресурсов два одинаковых в экологическом отношении и потребностях вида сосуществовать не могут и рано или поздно один конкурент вытесняет другого. Конкурентные отношения играют важнейшую роль не только в формировании видового состава биоценоза, регуляции численности видов и их распределения в пространстве, но и в эволюции видов в целом. Мутуализм (симбиоз) — жизнедеятельность каждого из видов возможна только в присутствии другого. Следует отметить, что в борьбе за существование важное место занимает межвидовая взаимопомощь. Комменсализм— один вид своей деятельностью предоставляет пищу или убежище другому (комменсалу), который не приносит первому ни пользы, ни вреда. Разновидностью комменсализма является форезия, при которой большой организм переносит на себе меньший. Аменсализм— один вид причиняет вред другому, не получая при этом для себя ощутимой пользы, характерно для растительного мира (деревья под кронами угнетают травянистую растительность, затеняя её). Паразитизм— один из видов живёт за счёт другого, находясь внутри (эндопаразиты) или на поверхности (эктопаразиты)его тела. Паразит использует живого носителя как источник пищи и как место обитания (постоянного или временного), при этом эктопаразиты могут, обладая достаточной подвижностью, менять носителя. Широко распространённым видом биотических отношений в биоценозах является хищничество. Они благоприятны для хищника и неблагоприятны для жертвы, однако оба вида приобретают такой образ жизни ичисленные соотношения, которые обеспечивают их существование и вырабатывают различные адаптации как жертвы, так и хищников. Особым видом видовых взаимоотношений является аллелопатия — химическое воздействие одних видов растений на другие продуктами своего метаболизма, способствующая вытеснению одного вида другим. В процессе своей жизнедеятельности организмы взаимодействуют с внешним миром, в котором принято выделять несколько сфер: 1) внешняя среда — силы и явления природы, её вещество и пространство, любая деятельность (организма или человека) находящаяся вне рассматриваемого объекта или субъекта и необязательно непосредственно контактирующая с ним; 2) окружающая среда — внешняя среда, находящаяся с объектом или субъектом в непосредственном контакте; 3) природная среда — сочетание факторов живой и неживой природы (как естественных и изменённых человеческой деятельностью), воздействующих на организм; 4) абиотическая среда — силы и явления природы, не связанные прямо с ныне живущими организмами; 5) биотическая среда — силы и явления природы, обусловленные ныне живущими организмами; 6) среда обитания — элементы среды, с которыми организм непосредственно вступает в отношения (прямые либо непрямые). В процессе эволюции жизнь освоила вначале водную среду, в которой зародилась и распространилась, затем овладела наземно-воздушной средой, в дальнейшем — создала и заселила почву. Сами живые организмы также стали специфической средой обитания для паразитов и симбионтов. В каждой среде обитания действует свой специфический комплекс экологических факторов абиотического происхождения, однако существует ряд абиотических факторов, влияние которых на живые организмы практически везде почти одинаково. К таким факторам, в частности, относятся: солнечный свет, важнейшими экологическими характеристиками которого являются продолжительность воздействия, интенсивность и спектральный состав; адаптационные ритмы: суточные (приспосабливают к смене дня и ночи), годовые (приспосабливают к смене сезонов) и приливно-отливные; важнейшим экологическим периодом в годовых циклах для живых организмов является фотопериод — изменение соотношения продолжительности дня и ночи; температура; влажность, по отношению к которой организмы делятся на несколько групп со своими местами обитания: гидрофильныеорганизмы(гидрофиты) постоянно живут в воде; гигрофильные(гигрофиты) — только в очень влажных местах с насыщенным или близким к насыщению влагой воздухом; мезофильныеорганизмы (мезофиты) обладают умеренной потребностью в воде или во влажности воздуха, способны переносить смену влажного и сухого сезонов; ксерофильныеорганизмы(ксерофиты) обитают в сухих местах с малой влажностью воздуха и почвы; атмосферный воздух; геомагнитное поле; ионизирующее излучение; огонь; питание является важнейшим экологическим фактором, определяющим жизнедеятельность организмов; выделяют два способа питания: голофитный — без захвата пищи (всасывание растворенных пищевых веществ через наружные покровы) и голозойный— с захватом пищи внутрь тела. Живые организмы, используя разнообразные ресурсы среды, полностью зависят от неё. Согласно первому экологическому закону, сформулированному К.Ф. Рулье, результаты развития (изменений) любого объекта (организма) определяются соотношением его внутренних особенностей и особенностей той среды, в которой он находится. При изменении условий среды живые организмы адаптируются к ним в соответствии с правилом соответствияусловий среды генетической предопределённости организма: до тех пор, пока среда, окружающая определённый вид организмов, соответствует генетическим возможностям приспособления этого вида к её колебаниям и изменениям, этот вид может существовать. В процессе длительной эволюции живые организмы выработали разнообразные способы адаптации к колебаниям условий среды своего обитания. Так, к изменениям температуры окружающей среды организмы приспосабливаются при помощи биохимических, морфологических и физиологических адаптаций. В основе биохимических адаптаций к температуры лежит накопление в клетках тканей организмов криопротекторов (веществ с холодозащитными свойствами), таких как глицерин, сахароза и т.п. Это позволяет при постепенной подготовке переносить организмам в состоянии анабиоза или криптобиоза очень низкие температуры. Морфологические адаптации к температуре обусловлены влиянием температуры на морфологию (форму и строение) живых организмов. Так, в соответствии с правилом Бергмана, из двух близких вида теплокровных животных, отличающихся размерами, более крупный обитает в более холодном климате, а более мелкий — в теплом. Это связано с тем, что с увеличением размеров организмов объем их тел, определяющий общую теплопродукцию, растёт быстрее, чем площадь их поверхностей, определяющая скорость теплоотдачи. Кроме того, согласно правилу Д. Аллена теплокровных животных выступающие части тела в холодном климате короче, чем в теплом. Уменьшениевыступающих частей тела за счёт уменьшения площади поверхности тела снижает теплоотдачу в окружающую среду. Для физиологической адаптации к температуре живые организмы используют тепло, вырабатываемое в процессе биохимических реакций. В зависимости от способности сохранять температуру своего тела постоянной различают организмы пойкилотермные (холоднокровные) и гомойотермные (теплокровные). К пойкилотермным относятся растения, микроорганизмы и беспозвоночные, гетеротермными являются только птицы и млекопитающие. У пойкилотермных организмов наблюдается температурный порог развития — температура, при достижении которой восстанавливается метаболизм и начинается нормальная жизнедеятельность. Разность между температурой среды и температурным порогом развития (эффективная температура) определяет интенсивность развития пойкилотермных организмов и для каждого вида имеет не только нижние границы своих значений, но и верхние, поскольку чрезмерно высокие температуры затормаживают развитие. Для животных, впадающих в спячку или оцепенение при наступлении неблагоприятных периодов года характерна гетеротермия — частный случай гомотермии. Такие животные (насекомоядные, грызуны, летучие мыши, медведи и другие) в период активности поддерживают высокую температуру своего тела, а в неактивном состоянии — снижают её, обеспечивая замедление метаболизма. В биотопах с сухим климатом и развитым растительным покровом в процессе эволюционной адаптации к воздействию огня постепенно сформировалась пирофитная флора. Пирофиты (дуб, белый ракитник и другие) обладают быстрым ростом и ранним плодоношением, высоко поднятой кроной; корневые системы способны быстро регенерировать; семена покрыты твёрдой и прочной кожурой; кора стволов обладает высокой огнестойкостью. Жизнедеятельность живых организмов существенно влияет и на среду: изменяются газовый состав атмосферного воздуха, а также концентрации растворённых минеральных солей и органических соединений в природных водах, образуется почва. Изменение химического состава среды в свою очередь приводит и к изменению её физических свойств. Пределы воздействия на среду обитания живых организмов ограничены вторым экологическим законом жизни, сформулированным Ю.Н. Куражковским: каждый вид организмов, потребляя из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в неё продукты своей жизнедеятельности, изменяет её таким образом, что среда обитания становится непригодной для его существования. Биоценозы, представляя собой сложно организованные системы из живых организмов, являются составными частями ещё более сложных систем, дополнительно включающих в себя абиотическое окружение биоценозов, предоставляющее им необходимые для развития и жизнедеятельности вещества и энергию — экологических систем (экосистем). Следует заметить, что термин «экосистема» принято применять для определения систем, обеспечивающих круговорот вещества и энергии любого ранга, в то время как термин «биоценоз» является территориальным понятием и относится к занятому фитоценозом участку суши. Любая экосистема обеспечивает круговорот веществ благодаря постоянному и сложному взаимодействию своих главных компонентов: запасу биогенных элементов, продуцентов, консументов и редуцентов, основанному на первом (главном) принципе функционирования экосистем: получение ресурсов и избавление от отходов происходят в рамках круговорота всех элементов. Биологический круговорот исключительно за счёт вещества невозможен, он должен постоянно поддерживаться внешним источником энергии, в роли которого для экосистем любого уровня является Солнце. В этом заключается второй основной принцип функционирования экосистем: экологические системы существуют за счёт не загрязняющей среду и практически вечной солнечной энергии, количество которой относительно постоянно и избыточно. На развитие экосистем весьма существенное влияние оказывают конкурентные отношения. Согласно закону максимизации энергии(Г. Одум, Ю. Одум): в соперничестве с другими экосистемами выживает (сохраняется) та из них, которая наилучшим образом способствует поступлению энергии и использует максимальное её количество наиболее эффективным способом. В этих целях, отмечали учёные, экосистемасоздаёт накопители высококачественной энергии, затрачивает определённую часть запасённой энергии на снабжение новой энергией, обеспечивает круговорот различных веществ, создаёт механизмы регулирования, поддерживающие устойчивость системы и её адаптацию к изменяющимся условиям, устанавливает обмен, необходимый для обеспечения потребности вспециальных видах энергии, с другими экосистемами. Все виды биоценоза связаны друг с другом трофическими цепями (цепями питания), состоящими из продуцентов, консументов и редуцентов. Выделяют два типа трофических цепей: 1) выедания (пастбищные), начинающиеся с растений; 2) детритные (разложения), начинающиеся с отмерших остатков растений, животных трупов и экскрементов. Каждое звено трофической цепи занимает свой трофический уровень, характеризующийся разной интенсивностью потоков веществ и энергии. Продуценты всегда занимают первый трофический уровень, на втором располагаются растительноядные консументы, на третьем — хищники, питающиеся консументами второго уровня, четвёртый уровень занят хищниками, питающимися другими хищниками. Отсюда следует разделение консументов по занимаемым ими уровням в трофических цепях на консументов первого, второго,третьего и четвёртого порядка. Трофические цепи, как правило, состоят из 4–6 звеньев, что обусловлено потерями энергии при её передаче между уровнями трофической цепи. В связи с тем, что одни и те же виды могут быть одновременно включены в различные звенья трофической цепи, в реальных биоценозах, как правило, формируются сложные комплексы трофических цепей, образующих единые трофические сети. В сообществах трофические цепи являются основным каналом переноса энергии, их сложность обеспечивает устойчивость сообщества в целом в случаях выпадения из него какого-либо отдельного вида. Передача энергии по трофической цепи подчинятся «правилу десяти процентов» (Р. Линдеман) — на каждом этапе передачи вещества и энергии по трофической цепи теряется примерно 90 % энергии и только около 10 % переходит к очередному потребителю. Ограничение, вне зависимости от сложности видового состава сообществ, количества трофических уровней (звеньев) в трофической цепи обусловлено действием третьего основного принципа функционирования экосистем: чем больше биомасса популяции, чем ниже должен быть занимаемый ею трофический уровень (на конце длинных пищевых цепей не может быть большой биомассы). Вопрос 3. Экологические факторы. Все экологические факторы принято подразделять на: 1) абиотические — все свойства неживой природы, прямо или косвенно влияющие на живые организмы, в свою очередь они делятся на следующие группы: климатические — свет, температура, влага, движение воздуха, давление; эдафические или эдафогенные (от греч. edaphos — почва) — механический состав, влагоёмкость, воздухопроницаемость, плотность почв; орографические — рельеф, высота над уровнем моря, экспозиция склона; химические — газовый состав воздуха, солевой состав воды, концентрация, кислотность и состав почвенных растений; 2) биотические — формы воздействия (как прямые, так и опосредованные) живых организмов друг на друга, к биотическим факторам относятся: фитогенные — обусловленные деятельностью растений; зоогенные — вызванные деятельностью животных; микробогенные — обусловленные деятельностью простейших бактерий, вирусов; 3) антропические — факторы, возникающие в процессе прямого непосредственного воздействия человека; 4) антропогенные — факторы вызванные настоящей и прошлой деятельностью человека (выделены отдельно в силу их значительного воздействия на современную биосферу). Кроме того, экологические факторы могут быть классифицированы и по другим подходам. Так, например: по очерёдности воздействия выделяют первичные и вторичные экологические факторы; по времени воздействия — эволюционные и исторические; по происхождению— космические, абиотические, биогенные, биотические, биологические, природно-антропогенные, антропические; по среде возникновения— атмосферные, водные, геоморфологические, эдафические (эдафогенные), физиологические, генетические, популяционные, биоценотические, экосистемные, биосферные); по степени воздействия — летальные (вызывающие гибель организма), экстремальные, лимитирующие, беспокоящие, мутагенные, тератогенные (вызывающие уродства в процессе индивидуального развития организма); по периодичности — первичные периодические, вторичные периодические, непериодические. Воздействие на живые организмы экологических факторов, несмотря на их многообразие, носит вполне определённый общий характер, представленный на рисунке 1.  Рис. 1. Общий характер действия экологического фактора на организм Поскольку жизнедеятельность организма существенно угнетается как при малом, так и чрезмерно большом воздействии экологического фактора, наиболее эффективное воздействие на организм экологический фактор оказывает при вполне определённом, оптимальном для данных фактора и организма, значении интенсивности рассматриваемого экологического фактора. Между крайними пороговыми значениями интенсивности экологического фактора (точками минимума 1 и максимума 2), при которых ещё возможна жизнь рассматриваемого организма, располагается зона толерантности (выносливости) организма к воздействию данного экологического фактора. Значение интенсивности экологического фактора, обеспечивающее наилучшую жизнедеятельность организма соответствует точке оптимума 3, при этом, как правило, рассматривается не отдельная точка, а диапазон значений интенсивности экологического фактора, определяющий зону оптимума (зону комфорта). Точки минимума, оптимума и максимума образуют кардинальные точки, характеризующие возможные реакции данного организма на воздействие рассматриваемого экологического фактора. В зонах пессимума воздействие экологического фактора с значениями интенсивности, близкими к летальным, приводит к угнетению организма, а за пределами зоны толерантности интенсивность воздействия экологического фактора принимает летальные значения и организм погибает. В целом, значения интенсивности воздействия экологического фактора, выходящие за пределы зоны комфорта, соответствуют экстремальным условиям среды. Вопрос 4. Основные законы экологии. Исследования учёных в области общей экологии позволили установить целый ряд основных законов, которым подчиняются процессы эволюции живых организмов, взаимодействие их между собой в различных сообществах, функционирование самих сообществ в условиях воздействия на них различных экологических факторов. Так, В.И. Вернадский сформулировал закон физико-химического единства живого вещества: все живое вещество Земли физико-химически едино. Согласно закону киральной чистоты, установленному Л. Пастером, живое вещество состоит из кирально чистых структур. (Киральность или хиральность заключается в отсутствии симметрии относительно правой или левой стороны, кирально чистые объекты несовместимы со своим отображением в зеркале). Закон минимума Ю. Либиха показывает, что выносливость организма определяется самым слабым звеном в цепи его экологических потребностей, т.е. в условиях воздействия нескольких экологических факторов определяющее значение принадлежит наименьшему, с точки зрения обеспечения потребностей организма, имеющемуся в наличии фактору (ресурсу). Одинаково негативная реакция организма, как на минимальное, так и на чрезмерное воздействие экологического фактора, объясняется законом толерантности В. Шелфорд: лимитирующим фактором процветания организма (вида) может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости (толерантности) организма к данному фактору. По относительной степени толерантности к конкретным экологическим факторам различают, например, организмы: по общей приспособленности — эврибионтные и стенобионтные; по приспособленности к температурным колебаниям — эвритермныеи стенотермные; по приспособленности к колебаниям влажности — эвригидридныеи стеногидридные; по приспособленности к засолению среды — эвригалинныеи стеногалинные; по приспособленности к различным местам обитания — эвриойкныеи стеноойкные. В приведенных выше терминах приставка «стено» указывает на узкий диапазон толерантности, а приставка «эври» — на широкий. Приведём ещё ряд положений и основных законов общей экологии. Правило внутренней непротиворечивости: в естественных экосистемах деятельность входящих в них видов направлена на поддержание этих экосистем как среды собственного обитания. Принцип системной дополнительности:компоненты природной экологической системы в своём развитии обеспечивают предпосылку для успешного развития и саморегуляции других составных частей этой экологической системы. Закон экологической корреляции:в экосистеме все входящие в неё виды живых организмов и абиотические компоненты функционально соответствуют друг другу. Третий экологический закон жизни (Ю.Н. Куражковский): каждый вид организмов, поглощая из окружающей среды необходимые ему вещества и выделяя в неё отходы своей жизнедеятельности, изменяет её таким образом, что среда становится непригодной для его существования. Четвёртый экологический закон жизни: постоянное существование организмов в любом ограниченном пространстве возможно только в экологической системе, внутри которой отходы жизнедеятельности одних видов организмов утилизируются другими видами. Пятый экологический закон жизни:устойчивость экологической системы определяется соответствием её видового состава условиям жизни и степенью развитости самой системы. В.И. Вернадский, исследуя геохимическую деятельность живых организмов в биосфере открыл ряд фундаментальных законов, получивших впоследствии название биогеохимических принципов: 1) биогенная миграция атомов химических элементов в биосфере всегда стремится к максимальному своему проявлению; 2) эволюция видов в ходе геологического времени, приводящая к созданию устойчивых в биосфере форм жизни, идёт в направлении, увеличивающем биогенную миграцию атомов биосферы; 3) в течение всей истории планеты её заселение было максимально возможным для живого вещества, которое тогда существовало. Последний из приведённых выше принципов в существенной степени связан с законом константности, также сформулированном В.И. Вернадским: количество живого вещества биосферы (для данного геологического периода) есть константа. Принцип Ле Шателье-Брауна: при внешнем воздействии, выводящем экологическую систему из состояния устойчивого равновесия, равновесие смещается в том направлении, при котором эффект внешнего воздействия ослабляется. Здесь важно отметить, что стабильность экологической системы и биосферы в целом имеет вполне определённых пределы, описываемые правилом одного процента: изменение энергетики природной экологической системы в среднем на 1 % выводит её из состояния гомеостаза. Вопросы для самопроверки: 1. Почему у водных организмов, обладающих большим запасам жира, 2. Почему лесное сообщество продуктивнее сообщества пресноводного водоёма? 3. В какой части своего ареала вид более требователен к условиям окружающей среды и почему? 4. В каком случае стратегия жизни паразита направлена на гибель хозяина? 5. Почему в первые годы акклиматизации численность акклиматизирующегося вида резко увеличивается, а последующие годы — резко падает? |