Предмет и задачи экологии

                                                 Зона                        Зона                    Зона

                                               стресса                 оптимума              стресса

                                                                   Диапазон устойчивости

                                       

                 Нижний предел                                                                                    Верхний предел                  

У каждого  фактора, влияющего на рост, размножение  и выживание организма, есть оптимум, зона стресса и далее зона, в которой существование данного организма не возможно.

Зона  оптимума - это обычно диапазон температур, а не конкретная величина т.е. диапазон температур, при которых максимальна скорость роста.

 Слева и справа от зоны оптимума находятся зоны стресса, в них растение испытывает стресс с скорость роста резко уменьшается.

Диапазон  устойчивости - диапазон температур, в котором возможен рост растения.

Предел  устойчивости - минимальная и максимальная температура пригодная для жизни.

  Сходные эксперименты можно провести и дня проверки влияния других факторов, причём результаты графически всегда одинаковы.

  Подобные  эксперименты показывают, что виды могут существенно различаться  с точки зрения оптимальных условий  и пределов устойчивости. Например, количество воды оптимальное для одного вида вызывает стресс у другого и приводит к гибели третий вид. Некоторые растения вообще не переносят заморозков (t<0°C), это ведёт к их гибели, другие растения способны выжить при небольших холодах, а есть растения, для которых несколько недель отрицательных температур - необходимое условие завершения жизненного цикла. То же самое справедливо и для других экологических факторов.

  В описанном выше эксперименте изменялся  только один фактор, а остальные как бы соответствовали зоне оптимума. Таким образом мы наблюдали действие закона лимитирующего фактора.

Даже  единственный фактор за пределами своего оптимума приводит к стрессовому состоянию организма, а в пределе - к его гибели.

  Такой фактор называется лимитирующим. Это относится к любому влияющему на рост параметру, которого «слишком мало» или «слишком много». Например, гибель растений вызывается и чрезмерным поливом и избытком удобрений, так и недостатком воды и питательных веществ. Это известно садоводам.

  Закон лимитирующего фактора был сформулирован  Либихом в 1840 году в ходе его наблюдений за влиянием на растения минеральных удобрений. Он обнаружил, что ограничение дозы любого удобрения ведёт к одинаковому результату - замедлению роста.

  Дальнейшие  наблюдения показали, что он относится ко всем влияющим на организм абиотическим и биотическим факторам. Это может быть и конкуренция, хищничество и паразитизм. 

      Кругооборот веществ в биосфере.

  Процессы  фотосинтеза органических веществ  продолжаются сотни миллионов лет. Но поскольку Земля конечное физическое тело, то любые химические элементы также физически конечны. За миллионы лет они должны, казалось бы, оказаться исчерпанными. Однако этого не происходит. Более того, человек постоянно интенсифицирует этот процесс, повышая продуктивность созданных им экосистем.

Все вещества на нашей планете находятся в  процессе биохимического кругооборота веществ. Выделяют 2 основных кругооборота большой или геологический и малый или химический.

 Большой кругооборот длится миллионы лет. Он заключается в том, что горные породы подвергаются разрушению, продукты разрушения сносятся потоками воды в Мировой океан или частично возвращаются на сушу вместе с осадками. Процессы опускания материков и поднятия морского дна в течении длительного времени приводят к возвращению на сушу этих веществ. И процессы начинаются вновь.

  Малый кругооборот, являясь частью большого, происходит на уровне экосистемы и заключается в том, что питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в веществе растений, расходуются на построение тела и жизненные процессы. Продукты распада почвенной микрофлоры вновь разлагаются до минеральных компонентов, доступных растениям и вновь вовлекаются в поток вещества.

  Кругооборот химических веществ из неорганической среды через растения и животные обратно в неорганическую среду с использованием солнечной энергии химической реакций называется биохимическим циклом.

Содержание  химических элементов  в теле человека.

О -62,81%, С-19,37%, H-9,31%, N-5,14%, Ca-1,38%, Р-0,64%, S-0,63%, Na- 0,26%, К-0,22%, CI-0,18%, Mg-0,04%, F-0,009%, Fe - 0,005 %, Mn-0,0001%.

Микро и макро элементы.

Человек :

Макро:   - С, Н, N, О, S, Р.

 Микро:  - Cu, Mn, Fe, Zn, Mo, F, I, Se.  

Растения:

        Микро       для фотосинтеза - Mg, Fe, Zn, V, Cl.  
 

      1 .Кругооборот углерода.

      Сложный механизм эволюции на Земле определяется химическим элементом «углерод». Углерод - составная часть скальных пород и в виде СО - часть атмосферного воздуха. Источники СО - вулканы, дыхание, лесные пожары, сжигание топлива, промышленность и др.

Атмосфера интенсивно обменивается СО с мировым океаном, где его в 60 раз больше, чем в атмосфере, т.к. СО хорошо растворяется в воде (чем ниже температура - тем выше растворимость, т.е. СО больше в низких широтах). Океан действует как гигантский насос: поглощает СО в холодных областях и частично «выдувает» в тропиках.

  Избыточное количество СО   в океане соединяется с водой, образуя угольную кислоту. Соединяясь с Са, К, Na, образует стабильные соединения в виде карбонатов, которые оседают на дно.

  Фитопланктон  в океане в процессе фотосинтеза  поглощает СО . Умирая, организмы попадают на дно и становятся частью осадочных пород. Это показывает взаимодействие большого и малого кругооборота веществ.

  

  

  

  

  

                                            Фотосинтез                Глюкоза

  

   СО

    

    

  

  

  

  

  

                                                                                                             Заяц            Лиса           

  

             Н О

  

                                                      

                              
 

                                                                                                        

  

  

                                                                                                                                                                                                                                                                 

                                        СО                                                                                    СО

  

  

    Углерод С из молекулы СО₂ в ходе фотосинтеза включается в состав глюкозы, а затем в состав более сложных соединений, из которых построены растения. В дальнейшем они переносятся по пищевым цепям и образуют ткани всех остальных живых организмов в экосистеме и возвращаются в окружающую среду в составе СО₂.

    Также углерод присутствует в нефти  и угле. Сжигая топливо, человек также  завершает цикл углерода, содержащегося  в топливе - так возникает био- технический кругооборот углерода.

  Оставшаяся  масса углерода находится в карбонатных  отложениях дна океана (1,3-10 т), в кристаллических породах (1-10 т), в угле и нефти (3,4- 10 т). Этот углерод принимает участие в экологическом кругообороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживается относительно небольшим количеством углерода (5-10 т).

2. Кругооборот фосфора.

  Этот  элемент входит в состав генов  и молекул, переносящих энергию  внутри клеток, в костную ткань. В  различных минералах фосфор содержится в виде ионов PO . Фосфаты растворимы в воде, но не летучи. Растения поглощают ионы PO из водного раствора и включают в состав различных органов соединений. По пищевым цепям он переходит от растений к другим организмам. На каждом этапе фосфор может быть выведен из организма в составе мочи.

  Разница с кругооборотом углерода - в кругообороте углерода есть газообразная фаза (СО₂), у фосфора - газовой фазы нет.

  Фосфаты циркулируют в экосистеме лишь в том случае, если содержащие фосфор отходы жизнедеятельности откладываются в местах поглощения данного элемента. В естественных экосистемах так и происходит. Фосфор может также поступать с моющими средствами и удобрениями.

3.Кругооборот  азота.

   Азот входит в состав белков.

   Кругооборот азота несколько  сложен, т.к. он включает газообразную  и минеральную фазу.

   Основная часть азота находится  в воздухе (78%). Однако растения  не могут усваивать азот непосредственно,  а только в виде ионов NH₄⁺ и NO₃^-.

   Существуют бактерии и сине-зелёные  водоросли, способные превращать  газообразный азот в ионы. Важнейшую роль среди азотофиксирующих организмов играют бактерии, живущие на клубеньках бобовых растений. Растения обеспечивают бактерии местообитанием и пищей (сахарами), получая от них взамен доступную форму азота. По пищевым цепям органический азот передаётся от бобовых к другим организмам экосистемы. Органические соединения азота после гибели организмов при помощи бактерий разлагаются до аммиака и нитратов (NO₃ ). Нитраты частично вновь поглощаются растениями, частично восстанавливаются до N₂, вновь поступающего в атмосферу.

   Насколько регулярно осуществляется  кругооборот любого элемента, зависит  продуктивность экосистемы, что  важно для с/хозяйства и выращивания  лесов. Вмешательство человека  нарушает процессы кругооборота. Вырубка леса и сжигание топлива влияет на кругооборот углерода.

   Считается, что время переноса  углерода - 8 лет, N2 - 110 лет, кислорода - 2500 лет.

Кругооборот воды.

   Нам знакомы 3 состояния воды: твёрдое - лёд, жидкое - собственно  вода, газообразное - водяной пар.  Количество водяного пара в воздухе определяют как влажность, обычно в %.

   Главный источник поступления  воды - атмосферные осадки,а глав-

ный источник расхода - испарение.

   Продолжительность кругооборота :