Основные экологические понятия. Экология Экологический фактор –

Основные экологические понятия.
Экология - наука о взаимоотношениях организмов друг с другом и с окружающей
средой.
Экологический фактор – это любое условие среды, которое воздействует на
организм. Под действием экологических факторов у организмов вырабатываются
соответствующие адаптации
Абиотические экологические факторы - влияние неживой природы на организмы.
Примеры абиотических факторов: температура, освещённость, влажность, ветреность,
микрорельеф, состав почвы, воздуха, воды и др.
Биотические экологические факторы - влияние организмов друг на друга.
Антропогенные экологические факторы - влияние хозяйственной деятельности
человека на организмы.
Экологические факторы
могут
действовать
на
организмы с
различной
интенсивностью. Для каждого вида организмов существует определённое
оптимальное значение каждого экологического фактора. Оптимальное значение
экологического фактора наиболее благоприятно для жизнедеятельности организмов.
Если значение экологического фактора приближается к минимуму или максимуму, то
жизнь организма в этих условиях сильно затруднена. Такие экологические факторы
называются ограничивающими. Если значение экологического фактора выходит за
пределы минимума или максимума, то наступает смерть организмов. Наиболее
благоприятное сочетание всех экологических факторов - биологический оптимум.
Типы взаимоотношений между организмами.
1. Нейтрализм – форма взаимоотношений, при которой совместно обитающие на
одной территории организмы не влияют друг на друга. Например, белки и
лоси.
2. Симбиоз - форма взаимоотношений, при которой оба взаимодействующих
вида или один из них извлекает пользу из другого. Различают несколько
видов симбиотических отношений:
А). Кооперация - оба взаимодействующих вида получают пользу, но в то же
время могут успешно существовать и друг без друга. Примеры:
 рак-отшельник, актиния и многощетинковый червь
 копытные животные и птицы, выбирающие клещей из шерсти
 лоси, коровы, олени и птицы, выщипывающие зимнюю шерсть
Б). Мутуализм - оба взаимодействующих вида получают пользу, могут
существовать только вместе. Примеры:
 Грибы и водоросли, образующие тело лишайника
 Азотфиксирующие клубеньковые бактерии и бобовые растения
 Целлюлозолитические бактерии и травоядные животные или термиты
В). Сотрапезничество (комменсализм) - симбиотические отношения, выгодные
одному виду, а для другого эти отношения абсолютно безразличны.
Сотрапезничество заключаются в том, что некоторые виды животных съедают
остатки пищи других животных. Например:
 рыбы-лоцманы съедают остатки пищи акул, дельфинов или черепах.
 гиены доедают остатки пищи львов.
Г). Квартиранство - симбиотические отношения, выгодные одному виду, а для
другого эти отношения абсолютно безразличны. Примеры:
 мальки рыб прячутся под зонтиками медуз
 в гнёздах птиц и норах грызунов поселяется большое количество
членистоногих
 Лишайники и мхи поселяются на стволах деревьев, не причиняя им никакого
вреда
3. Антибиоз - форма взаимоотношений, при которой оба взаимодействующих
вида или один из них испытывают отрицательное влияние. Виды антибиоза:
А). Хищничество
Б). Паразитизм
В). Конкуренция
Экосистема.
Экосистема - совокупность сообщества живых организмов и условий их
существования. Компоненты экосистемы обязательно взаимодействуют.
Биоценоз - сообщество живых организмов
В составе биоценоза различают:
 Зооценоз - сообщество животных
 Фитоценоз - сообщество растений
 Микоценоз – сообщество грибов
 Микробоценоз - сообщество микроорганизмов
Все компоненты биоценоза взаимодействуют друг с другом. Между организмами
возникают различные отношения. Например, живые организмы могут изменять
условия жизни других организмов, использовать другие организмы для
проживания и др. Но главным видом взаимоотношений между организмами
являются пищевые или трофические отношения. Пищевые отношения лежат
в основе процессов саморегуляции.
Экотоп - условия существования живых организмов (температура, влажность,
освещённость, химический состав воздуха, почв, воды и др.)
Экосистема - универсальное понятие, экосистемы могут быть любого размера,
могут быть искусственными или естественными, устойчивыми (климаксными) и
неустойчивыми, существующими длительное время и недолговечными.
Определённый вид экосистем называют биогеоценозами. Как и любая другая
экосистема биогеоценоз состоит из биоценоза и экотопа. Но у биогеоценозов
есть ряд особенностей:
 Биогеоценоз - естественная экосистема
 Биогеоценоз - устойчивая экосистема, существующая длительное время
 Биогеоценоз имеет определённые размеры и занимает однородный участок
земной поверхности.
Самая крупная экосистема нашей планеты - биосфера (живая оболочка планеты).
Биосфера представляет собой совокупность всех биогеоценозов
планеты.
Поэтому биогеоценоз называют структурной единицей биосферы.
Пищевые цепи.
Любой организм в биоценозе не только сам питается кем-либо, но и является
пищей для других. Другими словами, в природе существуют пищевые цепи.
Пищевая цепь или цепь питания - это ряд взаимосвязанных видов, из
которых каждый предыдущий является пищей последующему. Пищевая цепь ряд видов, связанных пищевыми отношениями. Каждый вид организмов пищевой
цепи представляет собой трофический уровень.
Роль организмов в пищевых цепях



Продуценты - это организмы, которые производят органические вещества из
неорганических. Продуценты создают первичное органическое вещество. Для
его
создания
продуценты
используют
определённый
вид энергии.
Фотоавтотрофные организмы (растения, фотосинтезирующие бактерии)
используют для создания первичного органического вещества солнечную
энергию.
Хемоавтотрофные
бактерии используют
энергию
окисления
неорганических веществ.
Консументы - организмы, которые потребляют созданные кем-либо
органические вещества. Консументы используют энергию химических связей
потребляемых
органических
веществ.
К
консуметам
относятся
растительноядные животные (консументы первого порядка) и плотоядные
животные (консументы 2, 3 …..порядка). Способ питания консументов гетеротрофный.
Редуценты - это организмы, разрушающие органические вещества детрита
(микроорганизмы, грибы, мелкие животные-детритофаги и их личинки).
Редуценты
преобразуют
органические вещества
в
минеральные,
т.е.
осуществляют процесс минерализации. Минеральные вещества затем
усваиваются растениями.
Пищевые цепи лежат в основе круговорота веществ в природе.
В природе реально существуют не отдельные цепи, а пищевые сети, так как
каждый организм имеет несколько объектов питания и сам служит пищей
нескольким организмам.



Виды пищевых цепей.
Пастбищные цепи (цепи выедания). Всегда начинаются с продуцентов.
Очень хорошо развиты луговых и степных экосистемах.
Детритные цепи начинаются с детритофагов. Детритные цепи развиты в
экосистемах, в которых накапливается большое количество детрита - в лесах,
на дне различных водоёмов, в прибрежных зонах. В таких экосистемах
продуцентов очень много, консументы всё не перерабатывают, поэтому
образуется большое количество детрита.
Цепи паразитов.
В любой экосистеме есть все 3 вида цепей.
Правило (закон) экологической пирамиды.
Пищевая цепь в природе не бесконечна, а обычно состоит 4-5 трофических
уровней. Это объясняется тем, что в пищевой цепи при переходе с одного
трофического уровня на другой часть энергии неизбежно теряется. Любой организм
только 10 % поглощённой энергии тратит на создание органических веществ своего
тела, а 90% энергии тратится организмами на жизнедеятельность и в конце концов
рассеивается в виде тепла. Из-за больших потерь энергии пищевая цепь обычно
состоит из 4-5 трофических уровней. Количество организмов на каждом трофическом
уровне уменьшается.
Закон экологической пирамиды (правило 10 %): с одного трофического
уровня на другой переходит не более 10 % энергии. Графическое отражение закона
- экологические пирамиды. Существуют пирамиды энергии, пирамиды биомассы,
пирамиды чисел.
Обязательным условием существования любой экосистемы является наличие
круговорота веществ. Но круговорот энергии в экосистемах отсутствует. При
переносе энергии по пищевой цепи она постепенно бесследно рассеивается в виде
тепла. Поэтому для существования экосистемы необходимо постоянное поступление
энергии извне.
Явление концентрирования в пищевых цепях.
По пищевым цепям переносится не только энергия и органические вещества,
но и искусственные вещества, которые не могут преобразовываться и разрушаться
организмами. Это такие вещества, как гербициды, пестициды, радионуклиды, тяжёлые
металлы и т.д. При переходе с одного трофического уровня на другой они
накапливаются, концентрируются в организмах пищевых цепей. В результате
происходит искажение генетической информации, отравление организмов.
БИОГЕОЦЕНОЗЫ.
Как и любая другая экосистема биогеоценоз состоит из биоценоза и экотопа. Но
у биогеоценозов в отличие от других экосистем есть ряд особенностей:
 Биогеоценоз - естественная экосистема
 Биогеоценоз - устойчивая экосистема, существующая длительное время
 Биогеоценоз имеет определённые размеры и занимает однородный участок
земной поверхности.
Характеристики биогеоценоза.
1. Видовое разнообразие - число видов живых организмов, образующих
биоценоз. Очень большое разнообразие видов характерно для тропических
лесов. В листопадных лесах, особенно в дубравах,
количество видов
значительно больше, чем в хвойных лесах.
2. Плотность популяций – отношение числа особей данного вида к единице
площади или объёма.
3. Биомасса - масса всех живых организмов данного биоценоза. Самая низкая
биомасса характерна для пустынь и тундры, так как в данных экосистемах
некоторые экологические факторы являются ограничивающими. В пустынях
организмам не хватает влаги, в тундре - тепла. В тропических лесах
большинство
экологических
факторов
очень
благоприятны
для
жизнедеятельности организмов, поэтому экосистемы тропических лесов имеют
максимальную
биомассу.
В
водных
экосистемах
большое
видовое
разнообразие и большая биомасса характерны для прибрежных областей, где
складывается биологический оптимум.
4. Продукция экосистемы - прирост биомассы за единицу времени (например,
за год). Минимальная продукция характерна для экосистем пустынь и
открытых вод океана.
5. Первичная продукция - прирост биомассы, созданный растениями в
процессе фотосинтеза.
6. Вторичная продукция - прирост биомассы, созданный животными.
7. Пространственная структура - размещение организмов в пространстве.
Наиболее ярко выражена пространственная структура в водных и лесных
экосистемах. Они являются многоярусными, другими словами для них
характерна ярусность. Верхний ярус в лесах образуют деревья, затем ниже
расположен кустарниковый ярус, затем травянистый и надпочвенный ярусы.
Ярусность характерна и для корневых систем. Животные, обитающие в лесу,
так же занимают различные ярусы. Ярусность является приспособлением к
совместному существованию организмов; позволяет более эффективно
использовать солнечный свет и минеральные ресурсы почвы.
8. Пищевая (трофическая ) структура - переплетающиеся пищевые цепи
или пищевые сети.
Свойства биогеоценозов
1. Саморегуляция - способность биогеоценоза восстанавливаться после какого-то
не очень сильного природного или антропогенного воздействия. В основе
саморегуляции
лежат
пищевые
отношения
между
организмами.
Саморегуляция обеспечивает определённую численность видов этого биоценоза.
Ни один вид не может уничтожить другой вид. Увеличение численности
хищников неизбежно приводит к снижению численности жертв, что в
дальнейшем лишает корма хищников и их численность снижается.
2. Устойчивость или стабильность - способность биогеоценоза (экосистемы)
противостоять внешним воздействиям. Для этого необходимы:
 сбалансированный круговорот веществ
 большое видовое разнообразие
 разветвлённые пищевые цепи
Устойчивая
стабильная
экосистема
называется
климаксной.
Многие
биогеоценозы существуют очень длительное время.
Но любой, самый стабильный биогеоценоз не может существовать вечно.
Один биогеоценоз постепенно сменяется другим. Это явление называется
сукцессией.
Если происходит освоение незаселённого ранее субстрата, например,
скальных
пород, песчаных
дюн, нового
острова
вулканического
происхождения и т.д., то сукцессия является первичной. Сначала на скалах
поселяются
бактерии, сине-зелёные
водоросли
и лишайники.
Начинается
почвообразование. Затем поселяются мхи. Формируется тонкая почвенная
прослойка, что позволяет сформироваться травянистому сообществу. Затем
образуется кустарниковое сообщество и, наконец, лесное. Сначала появляются
светолюбивые и быстрорастущие лиственные породы, потом под пологом
лиственного леса подрастают хвойные растения, которые постепенно затеняют и
вытесняют лиственные породы. В данном случае сами живые организмы в
процессе своего существования изменяют среду обитания и создают возможность
поселения новых видов. Происходит саморазвитие экосистемы.
Вторичная сукцессия заключается в том, что новый биогеоценоз создаётся
на месте ранее существовавшего биогеоценоза. Основная причина вторичной
сукцессии - нарушение экологического равновесия из-за:
 Изменения климата
 Воздействие человека
 Катастрофических процессов
 Достаточно сильного воздействия каких-либо видов растений или животных
В результате круговорот веществ становится несбалансированным, нарушается
экологическое равновесие. В результате сукцессии на месте данного биогеоценоза
сформируется устойчивая (климаксная) экосистема.
ПРЕОБРАЗОВАННЫЕ ЭКОСИСТЕМЫ.
Виды экосистем:
 Естественные (природные)
 Искуственные – полностью
созданные
человеком (экосистема
аквариума,
космического корабля)
 Преобразованные - созданные человеком на основе природных экосистем и
преобразованные в процессе хозяйственной деятельности (городские экосистемы,
агроэкосистемы)
Сходство природной экосистемы и агроэкосистемы:
1. В составе 2 компонента (биоценоз и экотоп)
2. В биоценозе обязательно есть продуценты, консументы, редуценты
3. Обязательно имеются пищевые цепи, по которым происходит перенос вещества и
энергии
4. Наличие круговорота веществ.
Особенности агроэкосистем (А.)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Действие естественного
отбора
ослаблено + человеком осуществляется
искусственный отбор
В А. используется не только солнечная энергия, но и дополнительная энергия,
которую использует человек на создание удобрений, искусственный полив,
обработку почвы и т. д.
В А. круговорот веществ несбалансированный, так как часть органических
веществ человек изымает вместе с урожаем, они извлекаются из круговорота.
Поэтому, чтобы сохранить плодородие почвы А., необходимо постоянное
внесение удобрений.
А. регулируются только человеком, саморегуляция практически отсутствует.
Агроэкосистемы имеют небольшое видовое разнообразие, короткие пищевые
цепи. Поэтому А. очень неустойчивы и поддерживаются только человеком.
В биоценозе преобладает какая-либо растительная монокультура. Количество
видов животных небольшое.
БИОСФЕРА.



Учение о биосфере создал русский учёный - академик Вернадский.
Существует несколько определений биосферы:
Биосфера - глобальная экосистема планеты
Биосфера - живая оболочка Земли
Биосфера - часть геологических оболочек Земли, заселённая живыми организмами.
1. Границы биосферы.
Существует три геологические оболочки планеты - атмосфера, гидросфера и
литосфера. Но полностью в состав биосферы они не входят. В состав биосферы
входит лишь та часть геологических оболочек, в которой
обитают живые
организмы.
В состав биосферы входят:
1. Вся гидросфера, так как она полностью заселена живыми организмами.
2. Нижняя часть атмосферы примерно до высоты 20 км. Примерно на этом
уровне расположен озоновый экран, который отражает большую часть
ультрафиолетовых лучей. Выше озонового экрана организмы существовать не
могут из-за губительного действия ультрафиолета.
3. Верхняя часть литосферы глубиной до 6-7км. Дальнейшему распространению
организмов препятствует отсутствие воды и высокая температура земных недр.
Таким образом, границы биосферы определяются действием ограничивающих
факторов, препятствующих дальнейшему распространению живых организмов.
2. Отличительные особенности биосферы.
1. В пределах биосферы осуществляется деятельность живых организмов.
2. В переделах биосферы непрерывно осуществляется круговорот веществ, который
осуществляется в результате жизнедеятельности организмов.
3. В биосферу обязательно поступает внешняя энергия, например, солнечная, которая
используется организмами.
3. Компоненты биосферы (!)
Согласно учению Вернадского в составе биосферы различают следующие
компоненты:
1. Живое вещество - совокупность живых организмов планеты. Биомасса живого
вещества незначительна, составляет примерно 0,01-0,02 % от массы всего
вещества биосферы. Но тем не менее, это главный компонент биосферы, так
как именно живое вещество преобразует биосферу и определяет её облик.
2. Косное вещество - совокупность всех неживых тел, которые образуются в
результате процессов, происходящих в неживой природе. Примеры косных тел:
песок, галечник, вулканическая лава.
3. Биогенное вещество - совокупность тел, которые образуются в результате
жизнедеятельности живых организмов. Примеры: известняк, нефть, газ,
атмосферный кислород, уголь, осадочные породы и др.
4.
5.
Биокосное вещество
образуется в результате деятельности организмов и
процессов неживой природы. Пример: почва.
По современным представлением в составе биосферы
находится
радиоактивное и космическое вещество.
ЖИВОЕ ВЕЩЕСТВО БИОСФЕРЫ и ЕГО ФУНКЦИИ.
Живое вещество биосферы - совокупность живых организмов планеты; главный
компонент биосферы. Согласно учению Вернадского живое вещество выполняет
разнообразные функции.
1. Газовая функция заключается в том, что организмы обеспечивают различные
преобразования газов, определяют газовый состав атмосферы. Примеры газовой
функции:
 Растения и фотосинтезирующие бактерии в процессе фотосинтеза поглощают
СО2 и образуют О2
 Организмы в процессе дыхания поглощают О2, а выделяют СО2 .
 Некоторые
бактерии
способны
образовывать
молекулярный азот
и
сероводород.
2. Окислительно-восстановительная функция заключается в том, что организмы в
процессе своей жизнедеятельности окисляют и восстанавливают вещества.
Например:
 Во время дыхания организмы окисляют углеводы до углекислого газа
 Во время фотосинтеза и хемосинтеза организмы восстанавливают углекислый
газ до углеводов.
 Бактерии окисляют неорганические соединения, что приводит к образованию
месторождений серы, бокситов, железных и марганцевых руд и др.
3. Концентрационная функция: рганизмы поглощают (аккумулируют) химические
элементы из окружающей среды и накапливают их в своих телах. Например:
 Водоросль ламинария накапливает в своих клетках йод.
 Некоторые животные поглощают кальций и фосфор, которые необходимы для
создания и укрепления их известковых скелетов.
 Растения поглощают из окружающей среды СО2, накапливают в своём теле С
в составе органических веществ. Из их останков образуется уголь, нефть.
Концентрация углерода в угле в тысячи раз больше, чем в земной коре.
 Хвощи, злаки накапливают в своих органах кремний
 Некоторые бактерии накапливают в своих клетках соединения железа, серы,
марганца и др. веществ
4. Деструктивная функция: организмы-редуценты разлагают органические останки.
В результате образуется гумус или перегной. Затем гумус минерализуется
(превращается в минеральные вещества). В результате деструктивной функции
некоторых бактерий образуется природный газ.
5. Средообразующая функция: организмы изменяют физико-химические параметры
среды в процессе своей жизнедеятельности. Например:
 Фитоценоз повышает влажность в лесу , но снижает температуру и ветреность.
 Почвенные животные способствуют лучшей аэрации почв
6. Транспортная функция: организмы осуществляют перенос вещества против силы
тяжести и в горизонтальном направлении. Например:
 В растениях вода перемещается от корней к листьям (восходящий или
ксилемный ток)
 Перенос вещества по пищевым цепям
 Перенос
химических
элементов
в процессе
биогеохимических
круговоротов.
 Перенос вещества в горизонтальном направлении при передвижении
организмов.
7.
Энергетическая функция: организмы поглощают (аккумулируют) солнечную
энергию и преобразуют её. Солнечная энергия преобразуется растениями в
энергию АТФ, которая затем используется для синтеза органических веществ.
Энергия органических веществ перемещается по пищевой цепи. В процессе
жизнедеятельности химическая энергия
органических веществ неизбежно
рассеивается в виде тепла.
ОСОБЕННОСТИ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ В БИОСФЕРЕ.
1. Живые организмы распределены в биосфере крайне неравномерно, что зависит
от неравномерности экологических условий.
2. Основная масса живого вещества сосредоточена на суше (99,7% биомассы).
3. Повышенная концентрация живого вещества наблюдается на границах сред
жизни. Именно там имеет место комплекс разнообразных экологических условий.
Например, скопления живых организмов встречаются на поверхности континентов
(граница соприкосновения литосферы и атмосферы), в придонных сообществах на
мелководьях (граница гидросферы и литосферы), в зоне приливов и отливов
(граница литосферы, атмосферы, гидросферы).
4. Распределение организмов на континентах крайне неравномерное и в основном
зависит от температуры и наличия влаги. Концентрация
живого вещества
постепенно увеличивается от полюсов к экватору. На континентах преобладают
растения, на их долю приходится 92 % биомассы.
5.
Распределение организмов в океанах более равномерное, чем на суше.
Концентрация
живого вещества постепенно увеличивается от экватора к
полюсам. В океане преобладают животные. На распространение растений в
Мировом океане большое влияние оказывает наличие света. Для животных очень
важным может быть концентрация растворённого кислорода, солёность, рН и др.
На больших глубинах ограничивающим фактором для животных является
большое давление, а для растений - отсутствие света.