Конспект экология

  Промышленные  экосистемы – это  экосистемы, формирующиеся  на территории промышленных предприятий. Промышленные экосистемы характеризуются следующими особенностями:

  – высокий уровень загрязненности (физические, химические и биологические загрязнения);

  – высокая зависимость от внешних источников энергии;

  – исключительная обедненность видового разнообразия;

  – неблагоприятное влияние на смежные экосистемы.

  Для контроля за состоянием антропогенных экосистем  используются экологические знания.

  На первом этапе работы необходима комплексная  инвентаризация (паспортизация) антропогенных  экосистем. Полученные данные необходимо проанализировать, выявить состояние экосистемы, степень ее устойчивости. В ряде случаев необходимо поставить эксперименты, спланированные для выявления действия комплекса факторов.

  На следующем  этапе ведется построение комплексных  моделей, объясняющих имеющееся  состояние экосистемы и служащих для прогнозирования изменений. Вырабатываются и исполняются рекомендации по повышению устойчивости экосистем. Постоянно ведется корректировка  управления деятельностью человека.

  На заключительном этапе работы планируется и осуществляется система наблюдений за состоянием экосистемы – экологический мониторинг (от англ. monitor – подстерегающий). При осуществлении экологического мониторинга используются физико-химические измерительные методы, а также методы биотестирования и биоиндикации.

  Биотестирование – это контроль за состоянием среды с помощью специально созданных тест–объектов. Тест–объектами могут служить культуры клеток, тканей, целостные организмы. Например, выведен специальный сорт табака, на листьях которого при повышенном содержании озона образуются некротические пятна.

  Биоиндикация – это контроль за состоянием среды с помощью обитающих в ней организмов. В этом случае в качестве тест–объектов используется видовой состав фитопланктона, спектр морфологических типов лишайников. Например, видовой состав травянистых растений может служить для индикации эрозии почв. На почвах, не затронутых эрозией, или слабосмытых почвах произрастают: костер безостый, клевер луговой. На смытых почвах произрастают: ястребинка волосистая, мать-и-мачеха.

  Для обнаружения  тяжелых металлов используется физико-химический анализ тканей организмов, избирательно накапливающих различные металлы. Например, подорожник избирательно накапливает  свинец и кадмий, а капуста избирательно накапливает ртуть.  

  Сочетания важнейших абиотических факторов определяют существование на Земле сред жизни, или сред обитания. Выделяется четыре основные среды обитания: водная, наземно-воздушная, почва и организм. В свою очередь, среды обитания делятся на экологические области, экологические зоны и адаптивные зоны.   

Водная  среда обитания (гидросфера)

  Водную  среду обитания образуют важнейшие  компоненты гидросферы Земли входят: Мировой океан, континентальные воды и подземные воды. К континентальным водам относятся реки, озера и ледники.

  Водная  среда обитания является исходной для  всех земных форм жизни. Подавляющее  большинство организмов – первично-водные, то есть сформировавшиеся именно в  водной среде обитания. Постоянные обитатели гидросферы называются гидробионты.

  Рассмотрим  особенности водной среды обитания на примере Мирового океана. В Мировом  океане различают две экологические  области: бенталь – дно океана и пелагиаль – толщу воды.

  Бенталь. Население дна (бентали) называется бентос («глубинный»). По вертикали бенталь делится на ряд зон (перечислены только основные): литораль – часть берега, заливаемая во время приливов; занимает промежуточное положение между водной и наземно-воздушной средой обитания; сублитораль – материковая отмель, или континентальный шельф – часть бентали от нижней границы приливов до глубины примерно 200 м; батиаль – область более или менее крутого материкового склона до глубины ≈ 3...4 км; абиссаль – область океанического ложа с глубиной ≈ 3...6 км.

  Пелагиаль. Население пелагиали (водной толщи) называется пелагос. Совокупность организмов, парящих в толще воды и неспособных к передвижению против течения, называется планктон («блуждающий»). Различают фитопланктон (совокупность фотосинтезирующих планктонных организмов) и зоопланктон (совокупность планктонных организмов, неспособных к фотосинтезу). Организмы, способные к активному перемещению против течения, называются нектон. По вертикали пелагиаль делится на зоны (перечислены только основные):

  – нейсталь – поверхностный слой воды, граничащий с атмосферой; население нейстали называется нейстон; организмы, часть  тела которых находится в воде, а часть над ее поверхностью, называются плейстон;

  – эпипелагиаль – соответствует глубине сублиторали;

  – батипелагиаль  – соответствует глубине батиали;

  – абиссопелагиаль  – соответствует глубине абиссали.

  Совокупность  организмов, способных вести и  пелагический, и бентосный образ  жизни, называется пелагобентос. Совокупность организмов, обитающих на различных  предметах и живых телах, находящихся  в толще воды, называется перифитон.   

Особенности водной среды обитания и приспособленность  организмов к специфическим экологическим  факторам   

  1. Низкое содержание растворенного кислорода. Содержание О₂ в атмосфере составляет 210 мл/л, растворимость О₂ в воде зависит от температуры: при 0 ^оС составляет 10,3 мл/л, а при 20 ^оС – 6,6 мл/л. Таким образом, содержание кислорода в воде примерно в 20–30 раз меньше, чем в атмосфере. При этом фактическое содержание кислорода может снижаться до 1 мл/л. Поэтому содержание кислорода является лимитирующим (ограничивающим) фактором для большинства гидробионтов.

  Поверхностные слои воды содержат больше кислорода, а в глубинные слои кислород может  поступать или путем диффузии (которая в воде протекает очень  медленно), или за счет вертикального  перемешивания водных масс.

  2. Высокая теплоемкость и высокая теплопроводность воды обеспечивают выравнивание температур. По отношению к температурному фактору все организмы делятся на пойкилотермные (неспособные регулировать температуру тела) и гомейотермные (поддерживающие постоянную температуру тела).

  Прямое  влияние температуры на пойкилотермных гидробионтов заключается в изменении  характера обмена веществ. Высокая  теплопроводность воды приводит к появлению  теплоизолирующих (жировых) слоев у  гомейотермных (теплокровных) животных. Многие гидробионты защищаются от льдообразования  в клетках, повышая внутриклеточное  содержание антифризов (антифризы – вещества, снижающие температуру замерзания воды).

  3. Сравнительно  высокая вязкость воды. Оказывает наибольшее влияние на планктонные организмы (уменьшает скорость погружения и обеспечивает их парение в толще воды) и на нектонные организмы, передвигающиеся с большой скоростью (создает сопротивление). Для планктона характерно увеличение поверхности тела по сравнению с объемом тела, что облегчает парение. Для нектона характерна обтекаемая форма тела, что облегчает активное передвижение.

  4. Высокая электропроводность воды делает возможным развитие электрических органов: высоковольтных (защита, нападение) и низковольтных (получение информации).

  5. Интенсивное поглощение света в воде: красная часть спектра поглощается водой, а синяя часть – рассеивается; в итоге красные лучи доходят лишь до глубины 10 м, а сине-зеленые – до 160 м и более. По освещенности выделяют зоны: эуфотическая зона – благоприятные условия для фотосинтеза; дисфотическая, или сумеречная зона – неблагоприятные условия для фотосинтеза (здесь обитают, преимущественно, красные водоросли и цианобактерии); афотическая зона – фотосинтез невозможен.

  6. Доступность водорастворимых веществ (ионы Na⁺, K⁺, Cl^–, NH₄⁺, NO₃^– ) и недоступность водонерастворимых веществ (связанные ионы Ca²⁺, ионы тяжелых металлов, фосфаты). Доступность элементов оказывает наибольшее влияние на водные растения. Лимитирующими факторами для водорослей являются концентрации биогенов: фосфатов и нитратов. По содержанию биогенов различают: эутрофные воды – высокое содержание биогенов; мезотрофные воды – умеренное содержание биогенов; олиготрофные воды – низкое содержание биогенов; дистрофные воды – высокое содержание биогенов в связанном состоянии.

  7. Общая  соленость воды оказывает наибольшее влияние на животных.

  В соленых  водах (гипертоническая среда) возникает  проблема сохранения воды в пределах организма. У Одноклеточных животных реже сокращаются сократительные вакуоли, у Многоклеточных – развиваются  дистальные (всасывающие) части почечных канальцев, нефридиев и других органов  выделения. У костистых рыб избыток  солей выделяется через жабры.

  В пресных  водах (гипотоническая среда) возникает  проблема удаления воды из организма. У Одноклеточных животных чаще сокращаются  сократительные вакуоли, у Многоклеточных – развиваются почечные (мальпигиевы) клубочки, проксимальные части почечных канальцев, нефридиев и других органов  выделения, обеспечивающие интенсивное  образование разбавленной мочи.

  В разных зонах Мирового океана существуют свои особенности действия экологических  факторов.

  Литораль. В зоне литорали на морские организмы действуют экологические факторы, оказывающие на организмы благоприятное и неблагоприятное воздействие.

  К благоприятным  факторам в зоне литорали относятся: высокое содержание биогенов терригенного (материкового) происхождения; высокая  аэрация воды вследствие прибоя; высокая  освещенность.

  Неблагоприятные (лимитирующие) факторы: периодическое  обсыхание; разрушающее действие прибоя; перепады температур (температура воды и воздуха часто различаются); перепады солености (за счет стекания пресных вод и испарения морской  воды в лужах); множество водных и  наземных хищников.

  Действие  неблагоприятных (лимитирующих) факторов привело к развитию соответствующих  адаптаций. Водоросли не высыхают, поскольку  образуют густые скопления, сохраняющие  влагу. Подвижные животные (черви, морские  звезды, ракообразные, брюхоногие моллюски) скрываются в разнообразных укрытиях. Неподвижные животные  обычно имеют раковины и панцири или же уменьшают поверхность испарения (актинии втягивают щупальца). Некоторые животные (крабы, рыбы–периофтальмусы) продолжают активный образ жизни во время отлива. На участках с очень сильным прибоем организмы или приобретают раковины (рачки–балянусы, мидии, морские блюдечки, некоторые морские ежи), или характеризуются сильно расчлененной формой тела (водоросли, кишечнополостные, морские лилии).

  Коралловые  рифы. Экосистемы коралловых рифов формируются на отмелях, образованных рифообразующими кораллами с известковым (реже – роговым)  скелетом. Эти кишечнополостные требуют высокой температуры воды – не ниже 18 ^оС (термофилы) – и высокой солености (галофилы). Кораллам необходимы симбиотические известковые водоросли (для образования известкового скелета и дополнительного питания), поэтому рифообразующие кораллы могут существовать только при высокой освещенности: на глубине не более 40...50 м. Освещенность зависит от прозрачности воды, поэтому  кораллы обитают в чистой воде. Кораллы поглощают большое количество кислорода (а его содержание в теплой воде и так невысокое), поэтому наиболее интенсивно они развиваются в прибойных участках.

  Коралловые  рифы относятся к наиболее продуктивным экосистемам Мирового океана (чистая первичная продуктивность составляет 1000 мг углерода на 1 кв. м за сутки) и  отличаются высоким уровнем видового разнообразия (известно свыше 2500 видов  коралловых рыб). Это связано с  исключительно благоприятными условиями, в которых обитают кораллы, а  также с тем, что биогены слабо  мигрируют за пределы рифов.

  Экосистемы  коралловых рифов крайне уязвимы. Ливневые дожди вызывают опреснение воды и  гибель живых кораллов (при их гниении  дополнительно снижается содержание кислорода). Тропические ураганы  и землетрясения разрушают сами рифы. Антропогенное загрязнение  океана ослабляет живые кораллы, и они становятся уязвимыми для  морских звезд «терновый венец».

  Эпипелагиаль. К благоприятным факторам эпипелагиали открытого океана относятся: достаточно высокая аэрация; высокая освещенность. Лимитирующим фактором является низкое содержание биогенов за счет их миграции в придонные воды. Однако концентрация биогенов может возрастать за счет апвеллинга – выноса глубинных вод на поверхность, например, в приполярных зонах.