Предмет и задачи экологии

fy">океан (3000 лет), подземные воды (5000 лет), полярные ледники (8500 лет), озера (17 лет), реки (10 дней), вода в живых организмах - несколько часов

   Т.к. океаны занимают 70% поверхности  Земли, то вода попадает в  воздух, главным образом, испаряясь  с поверхности океана. Испарение  идёт с поверхности озёр, рек,  почвы и т.д.

   Когда воздух, максимально насыщенный  водяным паром, охлаждается, то  вода конденсируется: её молекулы  соединяются в капельки. В атмосфере  вода конденсируется на частичках  пыли, в результате чего образуются  туман и облака. Когда эти капли  или кристаллики льда становятся достаточно крупными, то идёт дождь или снег.

   Вода, попадающая на землю, или  впитывается в почву или стекает  по ней. По поверхности вода  стекает в ручьи, реки, далее  в океан, где происходит испарение.  Вода, впитавшаяся в почву, или удерживается в почве в количестве, зависящем от водоудерживающей способности почвы, и возвращается в атмосферу при испарении, или просачивается вниз по трещинам под действием силы тяжести, достигая непроницаемого слоя горной породы, накапливается и называется грунтовыми водами. Далее вода вытекает на поверхность и образует родники, а родники питают ручьи и т.д.

   При испарении в воздух поднимаются  только молекулы воды, а соли  и другие вещества остаются  на земле. Когда водяной пар  конденсируется из него образуется только вода. Т.о. земля и атмосфера работают как гигантский опреснитель и очиститель (опреснителя - солёная вода океана).

Биотический потенциал и сопротивление  среды.

   Сохранение или рост численности  зависит не только от скорости  размножения (число новорожденных, отложенных яиц, произведённых семян или спор в единицу времени). Не менее важно и пополнение взрослого состава популяции за счёт потомства. Высокая скорость размножения при низких темпах пополнения не может существенно увеличить её численность.

   Например - рыбы вымётывают тысячи  или миллионы икринок, но лишь  ничтожно малая часть выживает  и превращается во взрослое  животное. Растения рассеивают огромное  количество семян.

   И напротив, размер популяции  может расти за счёт увеличения  темпов пополнения при малой скорости размножения. Это относится к людям (рождаемость низкая, но детская смертность низкая, поэтому практически все дети доживают до взрослого возраста).

   Другим важным фактором, ведущим  к росту популяции, относится  способность животных мигрировать, а семян рассеиваться на новых территориях, приспосабливаться к новым местам обитания и заселять их, наличие защищённых механизмов и устойчивость к неблагоприятным условиям среды и болезням.

 Биотический потенциал - это совокупность факторов, способствующих

увеличению  численности вида.

   У разных видов составляющие  биотического потенциала неодинаковы,  но они имеют одно общее  свойство - стремительное увеличение  численности при благоприятных  условиях среды. В естественных  условиях такое наблюдается редко. Вероятность того, что все условия окажутся благоприятными очень низка. Обычно один или несколько факторов (t, влажность, солёность, хищники, паразиты, нехватка пищи) становятся лимитирующими. Сочетание всех таких «ограничителей» называют сопротивлением среды. Сильнее всего они действуют на молодых особей, а это снижает темпы пополнения. При более суровых условиях гибнет часть взрослых особей.

   Следовательно: рост, снижение и  постоянство популяции зависит  от соотношения между биотическим потенциалом и сопротивлением среды.

 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

   

 Принцип изменения популяции: это результат нарушения равновесия между биотическим потенциалом и сопротивлением окружающей её среды.

   Подобное равновесие является  динамическим, т.е. непрерывно

регулирующимся, т.к. факторы сопротивления среды  редко подолгу остаются неизменными. Например: в один год численность  популяции снизилась из-за засухи, а в следующий год полностью  восстановилась при обильных дождях. Подобные колебания продолжаются неопределённо долго. Равновесие - понятие относительное. Иногда амплитуда отклонений мала, иногда значительна, но пока сократившаяся популяция способна восстановить прежнюю численность, она существует.

   Равновесие в природных системах  зависит от плотности популяции, т.е. числа особей на единицу площади. Если плотность популяции растёт - сопротивление среды увеличивается, в связи с чем увеличивается смертность и рост численности прекращается. И наоборот, с уменьшением плотности популяции - сопротивление среды ослабевает и восстанавливается прежняя численность.

   Воздействие человека на природу  часто приводит к вымиранию  популяции, т.к. не зависит от  плотности популяции. Разрушение  экосистем, загрязнение окружающей  среды одинаково влияют на  популяции как с низкой, так и высокой плотностью.

   Кроме этого, биотический потенциал  зависит от критической

численности популяции. Если численность популяции (оленей, птиц или рыб) падает ниже этой величины, гарантирующей воспроизводство, биотический потенциал стремится к нулю и вымирание неизбежно.

   Существование может быть поставлено  под угрозу, даже когда множество  представителей вида живы, но  живут в домашних условиях, т.е.  изолированы друг от друга  (попугаи).

Равновесие  экосистемы.

Гомеостаз - это состояние подвижно-стабильного равновесия экосистемы (гомео - тот же, стазис - состояние).

Равновесие  в экосистемах поддерживается процессами с обратной связью.

Рассмотрим  простейшую экосистему: заяц-рысь, состоящую  из двух трофических уровнях.

 

Когда численность зайцев невелика, каждый из них может найти достаточно пищи и удобных укрытий для себя и своих детёнышей. Т.е. сопротивление среды невысоко, и численность зайцев увеличивается несмотря на присутствие хищника. Изобилие зайцев облегчает рыси охоту и выкармливание детёнышей. В результате численность хищника также возрастает. В этом проявляется обратная положительная связь. Однако с ростом численности зайцев уменьшается количество корма, убежищ и усиливается хищничество, т.е. усиливается сопротивление среды. В результате численность зайцев -снижается. Охотиться хищникам становится труднее, они испытывают нехватку пищи и их численность падает. В этом проявляется обратная отрицательная связь, которая компенсирует отклонения и возвращает экосистему в исходное

состояние.

   Подобные колебания происходят  периодически вокруг некого среднего  уровня.

   Численность

 

   заяц 

 

  рысь

                                                   

                                               резкое изменение                 гибель     время         

                                                         факторов   

 

    При некоторых условиях обратная связь  может быть нарушена. Например, на зайцев стал охотиться другой хищник, или  среди зайцев возникла инфекционная болезнь. При этом происходит нарушение сбалансированности системы, которое может быть обратимым или необратимым. Роль помех могут играть и абиотические факторы. Засуха нижает продуктивность растений и ограничивает пищу для зайцев, что немедленно отразиться на хищнике.

       При появлении помех в системе  «заяц-рысь» станет меньше и  зайцев и рысей. Стабильность  системы в целом не нарушается, но объём трофических уровней  изменится. При этом новый уровень  стабильности опять будет обеспечиваться механизмами обратной связи.

       Понятно, что давление помех  не может быть беспредельным.  При массовой гибели зайцев  экосистема за счёт обратной  отрицательной связи не может  компенсировать отклонения. Тогда  данная система прекратит своё  существование.

        Та область, в пределах  которой механизмы отрицательной  обратной связи способны сохранить  устойчивость системы, хотя и  в изменённом виде, называют  гомеостатическим плато.

      

    

      

      
 
 

    

      

    

                       

Экосистемы  тем стабильнее во времени и пространстве, чем они сложнее, т.е. чем больше видов организмов и пищевых связей. 

Экосистема  человека:

80% производимой  пищи основано на потреблении  5 видов (пшеница, рис, кукуруза, соя, сахарный тростник).

Экологическая ниша.

   Местообитание - это место, где живёт организм (лес, луг, болото, внутри другого организма).

   Экологическая ниша - пространственно-временное положение организма в рамках экосистемы (где, когда и чем питается, где устраивает гнездо и т.п.)

   На первый взгляд кажется, что  животные должны конкурировать друг с другом за пищу и убежища. Однако это происходит редко, т.к. они занимают разные экологические ниши. Пример: дятлы извлекают личинки из-под коры, воробьи- зерном. И мухоловки и летучие мыши ловят мошкару, но в разное время - днём и ночью. Жираф поедает листья с верхушек деревьев и не конкурирует с другими травоядными.

   У каждого вида животных своя  ниша, что сводит к минимуму  конкуренцию с другими видами. Поэтому в сбалансированной экосистеме  присутствие одного вида обычно не угрожает другому.

   Адаптация к разным нишам связана  с действием закона лимитирующего  фактора. Пытаясь использовать  ресурсы за пределами своей  ниши животное сталкивается со  стрессом, т.е. с ростом сопротивления  среды. Иными словами, в собственной  нише его конкурентоспособность велика, а вне её значительно ослабевает или

пропадает вовсе.

   Адаптация животных к определённым  нишам заняла миллионы лет  и протекала в каждой экосистеме  по-своему. Ввезённые из других  экосистем виды могут вызвать  вымирание местных именно в результате успешной конкуренции за их ниши.

   Пример:

1. Скворцы, завезённые в Северную Америку из Европы, за счёт своего агрессивного территориального поведения вытеснили местных «синих» птиц.
2. Одичавшие ослы потравили пустынные экосистемы, вытеснив оттуда снежного барана.
3. В 1859 году в Австралию из Англии завезли кроликов для спортивной охоты. Природные условия оказались для них благоприятными, а местные хищники - не опасными. В результате кролики расплодились на столько, что уничтожили обширные территории пастбищ. Лисы, привезённые для уничтожения кроликов нашли более лёгкую добычу (местных сумчатых). Лишь позже удалось определить паразита и решить проблему.
4. Земледельцы ищут методы борьбы с сорняком ранее не встречавшимся в нильской долине. Невысокое растение с крупными листьями и мощным корнем уже несколько лет ведёт наступление на обрабатываемые земли Египта. Местные агрономы считают его чрезвычайно активным вредителем. Оказывается, что это растение известно в Европе под названием «хрен деревенский». Вероятно его завезли русские специалисты, строившие металлургический комбинат.