Лекции по "Экологии"

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 ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ 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.

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.

Плотность популяций – отношение числа особей данного вида к единице площади или объёма.

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.

Продукция экосистемы - прирост биомассы за единицу времени (например, за год). Минимальная продукция характерна для экосистем пустынь и открытых вод океана.

• Первичная продукция - прирост биомассы, созданный растениями в процессе фотосинтеза.
• Вторичная продукция - прирост биомассы, созданный животными.

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.

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