Организм и условия среды
advertisement
ГЛАВА 1 Организм и условия среды Организм и условия внешней среды составляют единое целое: из среды организм получает вещества и энергию, а в среду выделяет ненужные продукты жизнедеятельности. Если разрушить это единство, то организм погибнет. В этой главе вы познакомитесь с факторами среды, приспособлениями (адаптациями) организмов к этим факторам и группами организмов, выделяемыми по их отношению к внешней среде. §3 Факториальная экология Назовите экологические факторы, влияющие на организмы. Какие ресурсы необходимы для жизни растений и животных? Условия и ресурсы Любые явления, свойства или компоненты внешней среды, которые влияют на организм, носят название факторы среды, или экологические факторы (табл. 1). Их разделяют на условия и ресурсы. Условия — это факторы среды, не потребляемые организмами. К их числу относят температуру, влажность воздуха, соленость воды, кислотность почв, содержание загрязняющих веществ в воде и почве, не используемых как элементы питания. Ресурсы — это факторы среды, потребляемые организмами. Для растений ресурсами являются свет, вода, элементы минерального питания, диоксид углерода; для животных — ткани растений и животных или мертвое органическое вещество. Растения и животные как пищевые ресурсы имеют существенные различия (табл. 2). Необходимым ресурсом для подавляющего большинства организмов является кислород. Ресурсом может быть пространство. Растениям нужны определенное «место под солнцем» и некоторый объем почвы (площадь питания) для потребления воды и элементов минерального питания. Растительноядным животным нужен участок «пастбища»: для тли — часть листа, для табуна куланов — десяток гектаров степи, для группы слонов — десятки квадратных километров саванны. Хищникам требуется «охотничий надел». ГЛАВА 1 Организм и условия среды 31 ОСНОВ НЫ Е П О НЯ ТИЯ биологическое разнообразие (биоразнообразие) биологические индикаторы (биоиндикаторы) КОНТР О Л Ь НЫ Е В О П РО С Ы 1 2 3 4 5 6 7 Сколько видов живых организмов известно науке и каков прогноз числа видов при их полном выявлении? Какие группы организмов представлены самым большим числом видов? От каких факторов зависит число видов на конкретном участке? Каково соотношение числа видов в разных средах жизни? Каковы могут быть причины высокого биологического разнообразия? В чем заключаются преимущества биологической индикации над инструментальным измерением параметров окружающей среды? Какие признаки организмов можно использовать при биологической индикации? СПРАВ О Ч НЫ Й МАТЕРИАЛ На сегодня биоразнообразие планеты выявлено далеко не полностью. По прогнозам ученых, общее число видов организмов, живущих на Земле, составляет не менее 5 млн (а по некоторым прогнозам — 15 млн и даже 30 млн). Неизвестные виды — это в основном обитатели тропиков из числа беспозвоночных (паразиты, мелкие насекомые) и грибы. Международная группа полярных гидробиологов в начале XXI в. обнаружила на дне Южного океана близ Антарктиды 700 не известных науке видов морских животных — плотоядных губок, свободноплавающих червей, членистоногих. В фауне России беспозвоночных — 150 тыс. видов, млекопитающих — 245, птиц — 732, рептилий — 75, амфибий — 27 видов. §7 Среды жизни и их обитатели Что такое среда жизни? Назовите и охарактеризуйте известные вам среды жизни. Среды жизни на планете Экологические факторы формируют среды жизни — водную, наземно-воздушную, почвенную. Кроме того, для многих организмов средой РАЗДЕЛ 1 Экология видов и популяций 76 ОС НО В НЫ Е П О НЯ ТИЯ экологическая ниша фундаментальная экологическая ниша реализованная экологическая ниша КОНТРО Л Ь НЫ Е ВО П РО С Ы 1 2 3 4 5 Каким образом разделение экологических ниш сказывается на составе экосистемы? В чем заключаются различия между разделением ниш у животных и у растений? Объясните, как связано разделение ниш с ярусностью в лесу. Чем реализованная экологическая ниша отличается от фундаментальной? Почему в ботанических садах и зоопарках организмы разных видов могут существовать в таких условиях, в которых они не выжили бы в природных экосистемах? СП РАВО Ч НЫ Й МАТЕРИАЛ Повышение эффективности использования ресурсов, когда их потребляет несколько видов с разными экологическими нишами, легко проиллюстрировать, сравнивая стада диких крупных фитофагов и домашнего скота в саваннах. Так, в Кении в течение года дикие фитофаги накапливают массу 125,5–175 кг/га, а домашние (бараны и козы) — только 19,25– 28 кг/га. В другой, менее продуктивной, саванне в районе озера Танганьика эти показатели составляют соответственно 52,5 и 3,5–14 кг/га. Основные положения главы Взаимоотношения видов в природе разнообразны, среди них нет деления на полезные и вредные — они все участвуют в поддержании равновесия между популяциями организмов. Вредными эти отношения (в первую очередь типа «хозяин — паразит») становятся только в том случае, когда в них вмешивается человек. Особенно большой ущерб экологическому равновесию причиняет занос видов-паразитов из других районов, к которым у потенциальных хозяев нет иммунитета, или растений, у которых в новом местообитании нет фитофагов. Сигнальные взаимоотношения, налаживаемые с помощью зрительных, звуковых, химических сигналов, не связаны с передачей вещества и энергии, но смягчают остроту материальных отношений. ГЛАВА 2 Взаимоотношения видов 77 Конкуренция — основной тип взаимоотношений организмов, ее исход определяется конкурентной способностью видов: слабый проигрывает. Однако при сходных конкурентных способностях и особенно при влиянии третьего вида конкурирующие виды могут сосуществовать неограниченно долго. Эксплуатация — это отношения видов-ресурсов и видов-потребителей («растение — фитофаг», «жертва — хищник», «хозяин — паразит»). Для сохранения экологического равновесия в парах «потребляемый — потребитель» также существуют специальные механизмы. Для пар «растение — фитофаг» и «жертва — хищник» основным механизмом является наличие третьего звена, т. е. хищника или паразита, который сдерживает увеличение количества особей вида-потребителя. Комменсализм — это форма взаимоотношений, при которых пользу получает один из взаимодействующих видов, для другого они безразличны. Примеры комменсализма — копрофагия, а также отношения растений-нянь и их «подопечных». Мутуализм — это отношения взаимовыгодного сотрудничества. Они могут быть облигатными или факультативными (протокооперация). Высшая форма облигатного мутуализма — формирование симбиотических организмов (лишайники, коралловые полипы, вестиментиферы). Экологическая ниша — это совокупность экологических факторов (ресурсов, условий, в том числе пространства) и активности особей в течение суток и года, которая характеризует экологию вида. Различают ниши фундаментальные (при отсутствии конкуренции) и реализованные (при наличии конкуренции). В природе виды занимают реализованные экологические ниши, а в условиях культуры — фундаментальные. ВОПРОС Ы П О В Ы Ш ЕННО Й С Л О Ж НОС Т И 1 2 3 4 5 6 Обоснуйте тезис: «В природе нет вредных взаимоотношений организмов». Почему появление «вредных» отношений всегда связано с человеком? Почему отношениями мутуализма часто связаны виды-автотрофы и виды-гетеротрофы? Какую роль в природе и в сельском хозяйстве играет биологическая азотфиксация? Каково соотношение материальных и сигнальных взаимоотношений между видами? Как эти взаимоотношения связаны друг с другом? Всегда ли отношения человека с сельскохозяйственными растениями и животными были мутуалистическими? ГЛАВА 12 Экологическая экономика и экологическое право Основные направления рационального природопользования — экономия всех ресурсов (ископаемого топлива, минерального сырья, древесины, воды, продуктов питания), уменьшение количества отходов и сохранение биологического разнообразия. Сделать производство более экологичным помогают экономические стимулы и экологическое законодательство. Эти два силовых рычага организации производства используют совместно. Предприятию приходится не только нести дополнительные расходы вследствие неэкономного использования воды или энергии, но и платить штрафы за экологические правонарушения. Экологическая экономика и экологическое право активно развиваются во всем мире. Благодаря им такие развитые страны, как Германия и Япония, смогли достичь больших успехов в экологизации производства и сохранении биологического разнообразия. Приемы экологической экономики очень разнообразны, но их действие можно свести к четырем основным принципам: платное природопользование, «зеленые» налоги, государственные вложения денежных средств в улучшение состояния окружающей среды, экологически ориентированное управление производством (экологический менеджмент). § 50 Экономические механизмы рационального природопользования Опишите свое отношение к введению платы за использование природных ресурсов населением и предприятиями. Как на государственном уровне можно регулировать использование биологических ресурсов? Что такое государственные инвестиции? ГЛАВА 13 Состояние биосферы на рубеже тысячелетий 305 СПРАВ О Ч НЫ Й МАТЕРИАЛ Некоторые климатологи считают, что наблюдаемое потепление климата — это естественный процесс, не связанный с деятельностью человека. В истории планеты подобные изменения происходили неоднократно. Однако в наши дни процесс потепления развивается значительно быстрее, чем в прежние времена. Эта особенность дает многим ученым основания предполагать, что человечество воздействует на климат куда сильнее, чем может показаться на первый взгляд. К сожалению, пока наука не располагает методами, которые позволяют точно измерить потоки веществ в глобальных геохимических круговоротах. Поэтому сегодня невозможно сформулировать однозначное заключение о причинах глобального потепления. Тем не менее гипотеза об определяющей роли вклада техногенного диоксида углерода может оказаться верной. Конец XX в. отмечен особенно свирепыми циклонами и разрушительными наводнениями. В 1998 г. от наводнений пострадало 54 государства. Бангладеш пережил необычайно затяжной сезон дождей, в результате которого две трети территории страны оставалось под водой целый месяц. На Центральную Америку в том же году обрушился ураган «Митч». В августе 2005 г. американские штаты Луизиана, Миссисипи и Алабама подверглись воздействию циклона «Катрина». Он нанес не меньший ущерб, чем «Митч». Был почти полностью разрушен 500-тысячный Новый Орлеан (уровень воды в городе превышал 8 м). Ураган уничтожил значительную часть нефтяных платформ в Мексиканском заливе. В том же августе 2005 г. непрекращающиеся ливни стали причиной сильнейшего наводнения в странах Центральной и Восточной Европы. Потери строительного материала, растворяемого кислотными дождями, устрашающе велики: с 1 м2 поверхности камня ежегодно вымывается до 100 г. Огромный каменный обелиск Клеопатры, перевезенный из Египта в Великобританию, за 85 лет пребывания в Лондоне подвергся большему разрушению, чем за 5000 лет своего пребывания в Александрии. Печальное свидетельство гибельного влияния кислотных дождей — белые потеки на памятниках и зданиях многих городов Европы. При уничтожении влажных тропических лесов в некоторых районах бассейна Амазонки температура воздуха повысилась на 2,5–3,5 °C, на 26 % уменьшилось количество атмосферных осадков, усилилась эрозия почв, увеличилось количество катастрофических паводков. В Китае в верховьях реки Янцзы за 50 лет было сведено 85 % лесов. Зимой 1998 г. в Тибете, где берет начало река, прошли обильные снегопа- 376 Предметный указатель Абиотические факторы 16 Абиссаль 158 Автотрофные экосистемы 138 Агроэкология 9, 179 Агроэкосистемы 179 Адаптация 20 Азотфиксаторы 67, 172 Аквакультура 334 Аккумуляция биологическая 111 Аллена правило 45 Аменсализм 70 Анабиоз 21 Антропогенные экосистемы 138 — факторы 17 Апвеллинг 159, 161 Аридный климат 146 Ассимиляция (мигрантов) 321 Атомная энергетика 344, 349 Аудит экологический 284 Аутэкология 17 Афотический слой (океана) 159 Бактериопланктон 143 Банки генов 272 Батиаль 158 Безопасность продовольственная 330 Безотходное потребление 220 Бенталь 156, 157 Бентос 35 Бергмана правило 45 Биогаз 196, 350 Биогеоценоз 98 Биодизель 216, 350, 353 Биоиндикаторы 29 Биомасса 110 Биомассы запас 115 — пирамида 116 Биоматериалы 220 Биомы 145 Биоразнообразие 27 Биоразнообразия ценность 250 Биоритмы экосистем, см. Изменения экосистем Биосоциальный вид 295 Биосфера 6, 99, 165 Биота 100 Биотический потенциал 85 Биотоп 16 Биотопливо 214 Биотрофы 40 Биофермы 199 Биоценоз 97 Бюджет энергетический 342 Вермикультура 197 Вестиментиферы 69, 160 Ветроэнергетика 344, 350 Видеозагрязнение 208, 211 Виоленты 47 ВИЧ 323 ВИЭ 344, 349 Водоподготовка 225 Водопользование платное 223 Водопотребление 223 Водородомобиль 214 Водосбережение 223, 332 ВОЗ 323, 325 Возобновляемые источники энергии 344 Возрастная структура (возрастной состав) популяции 82 — — населения 82, 322 Возрастные группы 83 — пирамиды 83 Время биологическое 79 Всемирного наследия объект 269 Всемирный союз охраны природы 271 — фонд дикой природы (WWF) 270 381 Оглавление Обращение к старшекласснику .............................................................................. Введение § 1. Этапы развития экологии ....................................................................... § 2. Структура современной экологии........................................................ 3 5 8 РАЗДЕЛ 1. ЭКОЛОГИЯ ВИДОВ И ПОПУЛЯЦИЙ Глава 1. Организм и условия среды § 3. Факториальная экология ........................................................................ § 4. Основные законы отношений организмов и условий среды. Приспособление к условиям среды .................. § 5. Адаптации у животных и растений...................................................... § 6. Биологическое разнообразие. Биологическая индикация .......... § 7. Среды жизни и их обитатели ................................................................. § 8. Жизненные формы и жизненные стратегии организмов............. 17 23 27 31 43 Глава 2. Взаимоотношения видов § 9. Типы взаимоотношений организмов................................................... § 10. Конкуренция................................................................................................ § 11. Взаимоотношения типа эксплуатации ............................................... § 12. Мутуализм, комменсализм, аменсализм............................................ § 13. Экологическая ниша ................................................................................. 54 59 61 66 71 Глава 3. Популяции § 14. Общая характеристика популяций...................................................... § 15. Разнообразие и размер популяций ...................................................... § 16. Изменение численности и структуры популяций.......................... § 17. Антропогенные факторы, нарушающие стабильность популяций..................................................................................................... 13 78 82 87 91 РАЗДЕЛ 2. ЭКОЛОГИЯ ЭКОСИСТЕМ Глава 4. Общая характеристика экосистемы § 18. Состав экосистемы..................................................................................... 98 § 19. Почва ..............................................................................................................104 § 20. Потоки вещества и энергии в экосистеме..........................................108 § 21. Биологическая продукция и запас биомассы в экосистеме. Экологическое равновесие ..........................................113 Глава 5. Динамика экосистем § 22. Естественные изменения экосистем....................................................121 § 23. Сукцессии, вызываемые внешними воздействиями .....................127 382 Глава 6. Разнообразие экосистем § 24. Классификация экосистем......................................................................136 § 25. Особенности естественных фотоавтотрофных наземных и пресноводных экосистем .....................................................................140 § 26. Биомы.............................................................................................................145 § 27. Тундра, тайга и широколиственные леса ...........................................147 § 28. Степи и пустыни.........................................................................................151 § 29. Экосистемы морей и океанов.................................................................156 Глава 7. Биосфера § 30. Общая характеристика биосферы ........................................................165 § 31. Основные биосферные круговороты веществ..................................167 РАЗДЕЛ 3. ПРИКЛАДНАЯ ЭКОЛОГИЯ Глава 8. Сельскохозяйственные экосистемы § 32. Состав и структура агроэкосистемы ...................................................179 § 33. Управление агроэкосистемой ................................................................182 § 34. Биологическое разнообразие агроэкосистем ...................................188 § 35. Экология животноводства ......................................................................195 § 36. Экология растениеводства: «зеленые революции» и генетически модифицированные растения ...................................198 Глава 9. Городские экосистемы § 37. Общая характеристика городских экосистем. Перспективы развития городов ........................................................................................206 § 38. Проблема автомобильного транспорта ..............................................211 § 39. Проблема твердых бытовых отходов ..................................................217 § 40. Водосбережение и энергосбережение в городских экосистемах ..................................................................................................223 § 41. Экологическая роль озеленения...........................................................229 Глава 10. Промышленные техносистемы § 42. Принципы промышленной экологии..................................................233 § 43. Ресурсосбережение и энергосбережение в техносистемах..........236 § 44. Проблема промышленных отходов......................................................243 Глава 11. Сохранение и рациональное использование биологического разнообразия § 45. Проблема сохранения биологического разнообразия...................248 § 46. Проблемы рационального использования лесных экосистем....254 § 47. Проблемы рационального использования пресноводных и морских экосистем .................................................................................258 § 48. Охраняемые природные территории ..................................................263 383 § 49. Охрана видов и популяций.....................................................................270 Глава 12. Экологическая экономика и экологическое право § 50. Экономические механизмы рационального природопользования.................................................................................276 § 51. Экологический менеджмент ..................................................................282 § 52. Контроль за использованием природных ресурсов .......................286 РАЗДЕЛ 4. СОЦИАЛЬНАЯ ЭКОЛОГИЯ Глава 13. Состояние биосферы на рубеже тысячелетий. Концепция устойчивого развития § 53. История отношений человека и природы .........................................294 § 54. Последствия загрязнения атмосферы и снижение биоразнообразия на планете ..................................................................298 § 55. Концепция устойчивого развития .......................................................306 Глава 14. Глобальные экологические проблемы человечества § 56. Анализ состояния народонаселения мира ........................................316 § 57. Управление демографическим процессом ........................................325 § 58. Обеспечение человечества полноценным питанием .....................329 § 59. География голода и переедания. Перспективы продовольственной безопасности ........................................................337 § 60. Современное состояние мировой энергетики..................................341 § 61. Прогноз развития мировой энергетики .............................................347 Глава 15. Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды § 62. Охрана биологического разнообразия................................................357 § 63. Охрана атмосферы, гидросферы и почв.............................................360 Глава 16. Формирование экологического менталитета § 64. Преодоление потребительства ..............................................................367 § 65. Экологическая культура ..........................................................................370 Предметный указатель...............................................................................................376
