Шпаргалка по "Экологии"

1. Экологические факторы  среды обитания. Множество отдельных элементов среды обитания, влияющих на организмы хотя бы на одной из стадий индивидуального развития, называются экологическими факторами.

По природе  происхождения выделяют абиотические, биотические и антропогенные  факторы.

Абиотические: химические, эдафогенные, климатические,орографические(экспозиция к солнцу и т.д.), биотические: зоогенные,фитогенные,микробиогенные, антропогенный

Абиотические  факторы - это свойства неживой природы (температура, свет, влажность, состав воздуха, воды, почвы, естественный радиационный фон Земли, рельеф местности) и др., которые прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы - это все формы воздействия живых организмов друг на друга. Действие биотических факторов может быть как прямым, так и косвенным, выражаясь в изменении условий окружающей среды, например, изменение состава почвы под влиянием бактерий или изменение микроклимата в лесу.

Взаимные  связи между отдельными видами организмов лежат в основе существования  популяций, биоценозов и биосферы в  целом.

Раньше  к биотическим факторам относили и воздействие человека на живые  организмы, однако в настоящее время  выделяют особую категорию факторов, порождаемых человеком.

Антропогенные факторы - это все формы деятельности человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни.

Экологические факторы изменчивы во времени  и пространстве. Некоторые факторы  среды считаются относительно постоянными  на протяжении длительных периодов времени  в эволюции видов. Например, сила тяготения, солнечная радиация, солевой состав океана. Большинство экологических  факторов — температура воздуха, влажность, скорость движения воздуха  — очень изменчивы в пространстве и во времени.

В соответствии с этим, в зависимости от регулярности воздействия, экологические факторы  делят на:

регулярно-периодические, меняющие силу воздействия в связи со временем суток, сезоном года или ритмом приливов и отливов в океане. Например: понижение температуры в умеренном климатическом поясе северной широты с наступлением зимы года и т.д.

нерегулярно-периодические, явления катастрофического характера: бури, ливни, наводнения и т.д.

непериодические, возникающие спонтанно, без четкой закономерности, разово. Например, возникновение нового вулкана, пожары, деятельность человека.

Таким образом, каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе и  человека, и, в свою очередь, оказывает  воздействие на каждую из этих составляющих.

По  очередности факторы делятся  на первичные и вторичные.

Первичные экологические факторы существовали на планете всегда, еще до появления живых существ, и все живое к этим факторам приспособилось (температура, давление, приливы, сезонная и суточная периодичность).

Вторичные экологические факторы возникают и изменяются благодаря изменчивости первичных экологических факторов (мутность воды, влажность воздуха и др.).

По действию на организм все факторы подразделяются на факторы прямого действия и косвенные.

По степени  воздействия их подразделяют на летальный (приводящий к гибели), экстремальный, лимитирующий, беспокоящий, мутагенный, тератогенный, приводящий к уродствам  в ходе индивидуального развития).

Каждый  экологический фактор характеризуется  определенными количественными  показателями: силой, давлением, частотой, интенсивностью и др.

2. Поток энергии  в экосистеме. Пищевые сети и цепи

Существование любого биоценоза возможно только при  постоянном притоке энергии. По существу, вся жизнь на Земле существует за счет энергии солнечного излучения, которая переводится фотосинтезирующими организмами в химические связи  органических веществ. Гетеротрофы  получают энергию с пищей. Все  живые существа являются объектами  питания других живых существ, то есть связаны между собой энергетическими отношениями. Пищевые связи в сообществах — это механизм передачи энергии от одного организма к другому или другим.

В каждом сообществе трофические связи переплетены  в сложную сеть, так как организмы  любого вида являются потенциальными объектами для пищи многих других видов.

Например, врагами тлей служат личинки и  жуки божьих коровок, личинки мух, пауки, насекомоядные птицы и многие другие животные. За счет дубов в  лиственных лесах могут жить несколько  сотен форм различных членистоногих, фитонематод, паразитических грибков и т.д.; хищники обычно легко переключаются с одного вида на другой. Некоторые хищники могут потреблять в определенной мере и растительную пищу.

Трофические сети в биоценозах очень сложны. Однако первое впечатление о том, что энергия в трофических  сетях может долго мигрировать  от одного организма к другому, обманчиво. На самом деле путь каждой конкретной порции энергии, накопленной растениями, короток, он может передаваться не более, чем через 4 — 5 звеньев, состоящих из последовательно питающихся друг другом организмов.

Устойчивые  цепи взаимосвязанных видов, последовательно  извлекающих материалы и энергию  из исходного пищевого вещества, называются цепями питания.

Место каждого звена в цепи питания  называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень — это  всегда продуценты, растения, создатели  органического вещества, биомассы; второй трофический уровень составляют травоядные животные — потребители  или консументы 1 порядка; потребители травоядных животных — плотоядные — составляют следующий трофический уровень, являются консументами 2 порядка; потребители плотоядных форм относятся к консументам 3 порядка и т.д. по трофической цепи. При этом имеет значение пищевая специализация организмов-консументов. Виды с широким спектром питания могут включаться в пищевую цепь на различных трофических уровнях. Например, человек в рацион которого входят и растительная и животная пища, может явиться в разных пищевых цепях консументом первого, второго и третьего порядков.

Количество  энергии, расходуемой на поддержание  собственной жизнедеятельности, в  цепи трофических уровней растет, а продуктивность падает. Энергетический баланс консументов складывается следующим образом. Поглощенная пища обычно усваивается не полностью. Неусвоенная пища вновь возвращается во внешнюю среду в виде экскрементов и в последующем может быть вовлечена в другие цепи питания. Процент усвояемости зависит от состава пищи и набора пищеварительных ферментов организма. У животных усвояемость варьирует от 12 — 20% (некоторые сапрофаги) до 75% у плотоядных видов.

Большая часть энергии усвоенной пищи используется на поддержание физиологических  процессов в организме, а продукты обмена удаляются из организма в  составе мочи, пота, выделений желез  и углекислого газа, образующегося  при дыхании. Энергетические затраты  на поддержание метаболических процессов  в организме называют тратой на дыхание.

Меньшая часть усвоенной энергии идет собственно на ассимиляцию, то есть на образование тканей, биомассы самого организма или на запасание питательных  веществ. Обычно продуктивность каждого  последующего трофического уровня не более, как уже было сказано, 5 — 20% от продуктивности предыдущего. Траты  на дыхание во много раз больше энергетических затрат на увеличение массы организма. Конкретные соотношения  зависят от стадии развития и физиологического состояния особей. У молодых траты  на рост достигают больших величин, тогда как взрослые особи используют энергию пищи в основном на поддержание  обмена веществ и созревание половых  клеток.

Таким образом, большая часть энергии  в цепи питания при переходе с  одного уровня на другой теряется. К  следующему звену в цепи питания  поступает только та энергия, которая  заключена в массе предыдущего  поедаемого звена. Потери энергии составляют около 90% при каждом переходе через  трофическую цепь. Например, если энергия  растительного организма составляет 1000 Дж, то при полном поедании его  травоядным животным в теле последнего ассимилируется всего 100 Дж, в теле хищника 10 Дж, а если этот хищник будет съеден другим, то в его теле ассимилируется только 1 Дж энергии, то есть 0,1%.

В результате энергия, накопленная зелеными растениями в цепях питания, стремительно иссякает. Поэтому пищевая цепь не может  включать более 4 — 5 звеньев. Потерянная в цепях питания энергия может  быть восполнена только за счет поступления  новых ее порций. В экосистемах  не может быть круговорота энергии, подобно круговороту веществ. Жизнь  и функционирование любой экологической  системы возможны только при односторонне направленном потоке энергии в виде солнечного излучения или при  притоке запасов готового органического  вещества.

3. Биогеохимические  циклы.  Биогеохимический – обмен микро- и макроэлементов и простых неорганических веществ (СО₂, Н₂О) с веществом атмосферы, гидросферы и литосферы.

Круговорот  отдельных веществ В.И. Вернадский назвал биогеохимическими циклами. Суть цикла в том, что химические элементы, поглощенные организмом, впоследствии его покидают, уходят в абиотическую среду, затем, через какое-то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называются биофильными (биогенными). Данные элементы или их соединения необходимы для жизнедеятельности организмов, их роста, размножения.

Элементы, необходимые организмам в больших  количествах носят название макробиогенные элементы. Это основные – С, N, O, H, и не основные – Ca, Mg, Na, Cl, K.

Остальные элементы называются микробиогенными. Это Fe, Co, I, F, CU, Br, Se, Si, B и др. Отсутствие или недостаток микробиогенных элементов ведет к заболеваниям организмов. Большинство элементов на Земле находятся в таком состоянии, что они не могут использоваться живыми организмами прямо, но в процессе круговорота происходит преобразование их в те формы, которые могут быть использованы живыми организмами. Соединения биогенных элементов, необходимых организму называются питательными веществами. Это:

органические  вещества (белки, жиры, углеводы, витамины);

неорганические  вещества (вода, минеральные соли, СО₂).

Наибольшее  значение имеют круговороты воды, углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора и серы.

4. Принципы действия  абиотических факторов. К основным абиотическим факторам среды относят свет, тепло, наличие влаги, содержание кислорода в воздухе и т.п. Живые организмы настолько физиологически зависимы от них, что не могут существовать в среде, где отсутствует хотя бы один из этих факторов. Например, при недостатке влаги в растении останавливаются процессы транспирации, терморегуляции и обмена веществ. Со временем организм погибает. Попытки заменить недостающий фактор каким либо другим не дадут положительного результата. Так, бессмысленно удобрять увядающее от засухи растение. Впервые это положение было изложено В.Р.Вильямсом и называется в настоящее время законом незаменимости фундаментальных факторов. Согласно ему полное отсутствие какого-либо фундаментального фактора среды нельзя заменить другим фактором. Что же касается иных, нефундаментальных факторов, то их отсутствие или недостаток может быть в некоторых случаях компенсировано действием аналогичного или близкого фактора. Например, при недостатке в продуктах питания ионов Са++ они могут быть замещены ионами Sr++ (в т.ч. радиоактивного). Этот эффект известен как закон Э.Рюбеля или закон компенсации (взаимозаменяемости) факторов. Все абиотические факторы, как фундаментальные, так и не фундаментальные, в природных условиях всегда действуют на живой организм одновременно и совместно. Их совместное действие нельзя игнорировать и сводить все к закону минимума (или закону толерантности Шелфорда). Дело в том, что при взаимодействии факторов (каждый раз – разном) смещаются зоны оптимума и пессимума каждого из них. Любой организм, стремясь выжить, пытается любым способом снизить негативное действие неблагоприятного фактора и максимально использовать оптимальные условия. Например, увядание растений, вызванное попаданием в почву избыточных количеств каких-либо веществ – загрязнителей, может быть предотвращено за счет увеличения влагопотребления (смещение зоны оптимума) для снижения концентрации этих веществ в клеточном соке. Отмеченная реакция организмов в виде смещения зон толерантности при совмещенном действии экологических факторов, повышающая жизнеспособность организмов, называется законом взаимодействия факторов или по имени авторов законом Митчерлиха-Бауле. Совокупность абиотических факторов в пространственных рам-ках экосистемы для каждой популяции представлена в виде местообитания или стации. Например, луговое растение бекмания обыкновенная (Beckmannia eruciformis L.) во всех луговых экосистемах занимает самые сырые стации, колорадский жук (Leptinotarsa decem-lineata Say) обитает на посадках пасленовых (в первую очередь картофеля) во всех полевых агроэкосистемах и т.д. Это свойство видов занимать «свои» стации называется принципом стациальной верности. Оказываясь в экосистемах со значительным действием ограничивающих факторов зонального характера, популяции скорее сп-собны поменять особенности жизнедеятельности, чем поменять стацию. Например, личинки жука-оленя (Lucanus cervus L.) в лесной зоне обитают в гниющих пнях над поверхностью почвы, а оказавшись в степной зоне с ограничивающим фактором по влажности, обитают в гнилых корнях под поверхностью почвы, опускаясь порой до 1 м вглубь (по В.А.Радкевичу, 1997). Подобное явление подтверждает также действие правила смены ярусов. Верность стации с одной стороны и стремление расширять свой ареал, с другой, свидетельствуют о необычной сложности отношений организмов с окружающей средой, познание которой позволит научиться, во многом, регулировать природные процессы.