ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ
Лекции.ИНФО


ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ



ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПРИБОРОСТРОЕНИЯ И ИНФОРМАТИКИ

 

Кафедра "Экология и безопасность жизнедеятельности"

 

 

С.И. Гетия

 

 

ЭКОЛОГИЯ И ОХРАНА БИОСФЕРЫ

 

 

Учебное пособие

 

 

 

 

Москва 2007

 

УДК 331.45

 

Рекомендовано к изданию в качестве учебного пособия редакционно-издательским советом МГУПИ

 

Рецензент: кандидат технических наук, профессор В.А. Муравьев (Московский институт стали и сплавов - Технический университет)

 

 

Гетия С.И. Экология и охрана биосферы: учебное пособие. - М.: МГУПИ, 2007. 112 с.

 

 

В учебном пособии представлены материалы по дисциплине «Экология», которые излагаются на лекциях и изучаются студентами самостоятельно.

Материалы изложены на основе стандарта образования дисциплины "Экология" для технических специальностей.

Учебное пособие переработано и дополнено материалами по основам охраны биосферы. Предназначено для студентов технических специальностей, изучающих дисциплину "Экология".

 

Табл. 8. Ил. 26. Библиограф.: 14 назв.

 

 

УДК 331.45

Гетия С.И., 2007

МГУПИ, 2007

 

 

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................................................................................................................ 5

1. ОРГАНИЗМ И СРЕДА........................................................................................................................................................................................ 6

1.1. СТРОЕНИЕ И ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ............................................................................................................................................................ 6

1.2. ВОЗНИКНОВЕНИЕ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ............................................................................................................................................... 9

1.3. ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ЖИВЫХ СИСТЕМ............................................................................................................ 11

1.4. УРОВНИ ОРГАНИЗАЦИИ ЖИВОЙ МАТЕРИИ............................................................................................................................... 14

1.5. УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ............................................................................................................................................................ 14

1.6. ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА........................................................................................................................................................... 17

2. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ, ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ И ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ.................................................... 24

2.1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ............................................................................................................................................................. 24

2.1.1. Понятие экологической системы................................................................................................................................................. 24

2.1.2.Живое, косное и биокосное вещество (по В.И.Вернадскому)......................................................................................... 25

2.1.3. Законы В.И.Вернадского................................................................................................................................................................... 26

2.2. ПИЩЕВЫЕ ЦЕПИ........................................................................................................................................................................................ 27

2.2.1. Понятие простых и сложных пищевых цепей........................................................................................................................ 27

2.2.2. Экологические пирамиды................................................................................................................................................................ 30

2.3. ЦИРКУЛЯЦИЯ ВЕЩЕСТВ....................................................................................................................................................................... 31

2.4. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ И ЭНЕРГИЯ В ЭКОСИСТЕМАХ........................................................................................... 33

2.4.1. Понятие энергетических ресурсов............................................................................................................................................... 33

2.4.2. Энергия в экологических системах............................................................................................................................................ 33

3. ЭКОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА............................................................................................................................................................................. 36

3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ............................................................................................................................................................................. 36

3.2. ЭНЕРГИЯ И ВЕЩЕСТВА........................................................................................................................................................................... 39

3.2.1. Энергия...................................................................................................................................................................................................... 39

3.2.2. Пищевые вещества.............................................................................................................................................................................. 42

3.2.3. Минеральные соли и вода................................................................................................................................................................ 43

3.3. КЛИМАТИЧЕСКАЯ АДАПТАЦИЯ........................................................................................................................................................ 45

3.3.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 45

3.3.2. Температурная среда......................................................................................................................................................................... 46

3.3.2. Реакция организма на перегрев..................................................................................................................................................... 48

3.3.4. Реакция организма на охлаждение............................................................................................................................................ 48

3.3.5. Границы зоны комфорта................................................................................................................................................................... 49

3.4. БОЛЕЗНИ......................................................................................................................................................................................................... 49

4. ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ................................................................................................................ 54

4.1. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ.......................................................................................................................................................................... 54

4.2. ОКРУЖАЮЩАЯ СРЕДА И СТАБИЛЬНОСТЬ ПОПУЛЯЦИЙ.................................................................................................. 55

4.2.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 55

4.2.2. Процессы, регулирующие численность популяций............................................................................................................. 59

4.2.3. Экологические показатели............................................................................................................................................................. 59

4.3. ГЛОБАЛЬНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА......................................................................................................................................... 61

4.3.1. Основные сведения............................................................................................................................................................................. 61

4.3.2. Природные экосистемы суши........................................................................................................................................................ 62

4.3.3. Лесное и сельское хозяйство......................................................................................................................................................... 62

4.3.4. Гидрология и водные ресурсы........................................................................................................................................................ 63

4.3.5. Мировой океан и прибрежные зоны............................................................................................................................................. 63

4.3.6. Сезонный снежный покров, лед, вечная мерзлота............................................................................................................... 63

4.3.7. Энергетика, транспорт и промышленность............................................................................................................................. 64

4.4. ПРОБЛЕМЫ МЕГАПОЛИСОВ............................................................................................................................................................... 64

4.4.1. Общие сведения..................................................................................................................................................................................... 64

4.4.2. Классификация городов по численности населения......................................................................................................... 64

4.4.3. Зонирование территории................................................................................................................................................................... 65

4.4.4. Влияние крупных городов на климат......................................................................................................................................... 66

4.4.5. Радиационная экология................................................................................................................................................................... 68

4.5. РАЗРУШЕНИЕ ОЗОНОВОГО СЛОЯ..................................................................................................................................................... 73

4.6. СНИЖЕНИЕ ВИДОВОГО РАЗНООБРАЗИЯ...................................................................................................................................... 74

5. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ........................................................................................................................................................ 74

6. ОСНОВЫ ОХРАНЫ БИОСФЕРЫ............................................................................................................................................................. 79

6.1. РАЗВИТИЕ БИОСФЕРЫ............................................................................................................................................................................ 79

6.2. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ......................................................................................................................................................... 79

6.2.1. Кругооборот воды................................................................................................................................................................................ 80

6.2.2. Кругооборот углерода........................................................................................................................................................................ 80

6.2.3. Кругооборот азота............................................................................................................................................................................... 81

6.2.4. Кругооборот серы................................................................................................................................................................................. 82

6.2.5. Кругооборот фосфора......................................................................................................................................................................... 83

6.2.6. Ландшафтный и экосистемный подход к изучению изменений биосферы............................................................ 83

6.3. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ НЕОБХОДИМОСТИ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ............................................................. 86

6.4. ОСОБЕННОСТИ ЭВОЛЮЦИИ БИОСФЕРЫ В УСЛОВИЯХ АНТРОПОГЕННОГО РАЗВИТИЯ................................ 88

6.5. ПУТИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В БИОСФЕРЕ................................................................ 91

7. ОСНОВЫ ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ПРАВА................................................................................................................................................. 92

7.1. ПРАВОВОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ............................................................................................................................................................. 92

7.2. МЕЖДУНАРОДНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ В ОБЛАСТИ ЭКОЛОГИИ.......................................................................................... 94

7.3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ПАСПОРТ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ............................................................................... 95

ЛИТЕРАТУРА........................................................................................................................................................................................................ 97

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ........................................................................................................................................................................... 98

ПРОВЕРОЧНЫЕ ТЕСТЫ............................................................................................................................................................................... 100

ТАБЛИЦА ОТВЕТОВ К ПРОВЕРОЧНЫМ ТЕСТАМ.......................................................................................................................... 112

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Экологию в настоящее время определяют как науку об отношениях растительности и животных организмов, а также образуемых ими сообществ между собой и окружающей средой. Термин экология происходит от греческих слов «ойкос» – дом, жилище, местопребывание и … «логия» – наука .

Объектами экологии являются популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом. Изучение общих закономерностей взаимоотношений человека, общества и природы выделяют в особое направление – экологию человека.

Автором термина «экология» является Эрнст Геккель, который еще в прошлом веке определил экологию, как область знаний, изучающую общие взаимодействия живых организмов как с живой, так и с неживой природой.

В результате развития человеческой цивилизации и усиливающегося антропогенного воздействия на окружающую среду в биосфере происходят изменения, которые могут иметь катастрофические для общества последствия.

В результате хозяйственной деятельности людей внесены изменения в естественные циклы обмена энергией и веществами в биосфере. Многие из антропогенных воздействий привели к тому, что уже признан ряд проблем, которые относят к глобальным проблемам окружающей среды.

К одной из основных задач дисциплины "Экология" следует отнести формирование экологического мировоззрения. При решении данной задачи крайне важным является осознание концепции устойчивого развития, под которым понимают развитие, направленное на удовлетворение нужд настоящего поколения, но не лишающего грядущие поколения также удовлетворять свои нужды. В соответствии с данной концепцией вопросы экологического, экономического и социального равенства тесно взаимосвязаны и должны рассматриваться вместе и неразрывно.

В соответствии с общепринятыми в мировой практике концепциями национальное богатство должно включать в себя наряду с инфраструктурой, всеми видами машинного оборудования, строений и природных богатств (полезные ископаемые, воды, почвы, флора и фауна) еще и "человеческий капитал" (образование, здоровье, умение). Причем, чем более развита страна, тем большую долю в национальном богатстве составляет "человеческий капитал". В современное время доля экологического образования и воспитания в образовании составляет все более растущую часть, так как любые специальные технические знания должны основываться на экологических принципах, как это принято в развитых странах.

Особенно актуальным в экологическом образовании является формирование экологической этики (совокупности моральных и нравственных норм поведения), поскольку в дальнейшем нормы поведения в повседневной жизни и трудовой деятельности должны быть направлены прежде всего на сохранение благоприятной для жизни настоящего и последующих поколений среды обитания, достижения устойчивого развития государств и, в целом, человеческой цивилизации.

 

ОРГАНИЗМ И СРЕДА

СТРОЕНИЕ И ИСТОРИЯ ЗЕМЛИ

 

Биосфера – это часть планеты, включающая область распространения жизни. Биосфера включает в себя атмосферу (газообразную оболочку Земли), гидросферу (водоемы Земли с населяющими их живыми организмами), литосферу (недра Земли и почва).

Атмосфера представляет собой газообразную оболочку, сохраняющую неустойчивое равновесие. Атмосфера предохраняет Землю от агрессивного влияния космоса, жары, части ультрафиолетового излучения, пропуская солнечный свет. Земная атмосфера разделяется на несколько слоев (уровней). Между этими уровнями нет четко определенных границ, ближе к поверхности Земли происходит переход от экзосферы (на высоте более 500 км – из-за большой удаленности часть ее поглощается межпланетным пространством) к термосфере, далее - к мезосфере (на высоте от 50 до 500 км, которая представляет собой более устойчивый слой земной атмосферы, так как входящие в ее состав частицы подвержены земному притяжению), затем к стратосфере (на высоте от 15 до 50 км) и тропосфере (до высоты 15 км: в этой нижней части атмосферы располагается среда обитания всех земных живых организмов, животных и растений). В стратосфере ультрафиолетовые лучи воздействуют на кислород, образуя озоновый экран (озон – О3 ), который пропуская часть солнечного излучения, создает условия для жизни на Земле. Разрушение озонового слоя может привести к гибели живых организмов. На поверхности Земли температура может изменяться от -70°С в районах полюсов до +60°С в зоне тропиков. Атмосфера Земли состоит примерно на 79% из молекул азота, на 20% - из молекул кислорода, а остальное составляет углекислый газ, водород, озон, а также инертные газы (аргон, неон, криптон, ксенон и др.). Воздух при контакте с землей и поверхностью океанов, морей и рек насыщается водой, создавая условия для поддержания жизни на планете.

 

 

Гидросфера Земли включает в себя океаны, моря, реки, озера и другие водоемы. В океанах и морях аккумулировано около 95 % воды на Земле. Полярные льды, арктические и антарктические ледяные покровы составляют еще около 2% водных запасов. Все остальное – пресная вода, содержащаяся в различных слоях земли, озерах, реках и в виде атмосферных испарений. Без воды не было бы жизни на нашей планете: именно в океане, не пропускающем ультрафиолетовые лучи, появились и стали эволюционировать первые живые организмы на Земле. Все клетки живых организмов имеют в своем составе воду. Таким образом, животный и растительный мир также принимает участие в круговороте воды в природе.

Литосфера – внешняя оболочка Земли, представляет собой совокупность литосферных плит, перемещение которых вызывает ответные реакции земной коры. Если две плиты расходятся (режим дивергации), промежуток между ними заполняется магмой и образуется новая кора. Если плиты сходятся (режим конвергации), или одна из них погружается в глубинную часть мантии, или же когда две плиты надвигаются одна на другую и одна из них проскальзывает под другую, они подвергаются воздействию растущей температуры и сил сжатия. Эти перечисленные зоны – места сейсмической активности, проявлениями которой являются извержения вулканов и землетрясения. Примером этому является зона сейсмической активности вокруг Тихого океана. Впервые гипотеза тектоники литосферных плит была выдвинута в 1924 году ученым А. Вегенером. В соответствии с этой гипотезой литосферные плиты, из которых состоит поверхность Земли находятся в непрерывном движении. Этот процесс происходил в различные геологические эпохи, продолжается он и сейчас. В отдаленное от нас время на Земле существовал единый первичный континент, который называют Пангеей. Этот сверхконтинент начал распадаться на отдельные части примерно 180 млн. лет назад. Около 120 млн. лет назад произошел раскол первичного континента и в области современной Южной Атлантики образовалась суша, называемая Гондваной, в состав которой вошли Африка, Южная Америка, Мадагаскар, Индия, Австралия и восточная часть Антарктиды. В северной части Атлантики образовался массив суши, называемой Лавразией, в который вошли современная Северная Америка, Европа и часть современной Азии. Постепенно в результате перемещения литосферных плит очертания континентов приняли современный вид.

Историю Земли принято делить на промежутки времени, границами которых являются крупные геологические события: горообразовательные процессы, поднятия и опускания суши, изменения очертаний материков, уровня океанов. Движение литосферных плит, разломы земной коры сопровождались усиленной вулканической деятельностью, в результате которой в атмосферу Земли выбрасывалось большое количество газов и пыли. В результате этого снижалась прозрачность атмосферы, что вело к снижению количества солнечной энергии, поступавшей к поверхности Земли. Это являлось одной из причин длительных похолоданий. На протяжении этих периодов изменялись климатические условия, животный и растительный мир: одни группы живых организмов исчезали, другие сохранялись и развивались. На протяжении длительного периода развития геосферы и биосферы Земли происходили значительные изменения, которые приводили к изменениям как природных условий, так и живых организмов. Но эти изменения давали новый импульс эволюции биосферы. Человек, как фактор, стал активно воздействовать на биосферу сравнительно недавно, но это воздействие осуществляется в период, когда биосфера в процессе своего развития достигла устойчивого состояния. Поэтому крайне важным является оценка возможных последствий к которым может привести антропогенная составляющая дальнейшего изменения биосферы, так как протекающие процессы в ряде случаев коренным образом отличаются от проходивших очень длительное время естественных процессов в биосфере. Ниже приведена геохронологическая шкала, показывающая эволюцию биосферы Земли (табл. 1.1).

 

Таблица 1.1

Геохронологическая шкала

 

Название эр и их длительность, млн. лет Возраст эр, млн. лет Периоды и их длительность, млн. лет Животный и растительный мир
Кайнозойская (эра новой жизни), 60-70 60-70 Антропоген, 1,5-2 Появление и развитие человека, животный и растительный мир принимают современный облик
Неоген, 25 Палеоген, 41 Господство млекопитающих и птиц, расцвет насекомых, господство покрытосеменных растений
Мезозойская (эра средней жизни), 173 Меловой, 70 Появление высших млекопитающих и птиц, распространение покрытосеменных растений
Юрский, 58 Господство пресмыкающихся и голосеменных растений
Триасовый, 45 Начало расцвета пресмыкающихся, появление первых млекопитающих

 

Продолжение табл. 1.1

Палеозойская (эра древней жизни), 330 Пермский, 45 Быстрое развитие пресмыкающихся, исчезновение лесов каменноугольного периода, появление голосеменных
Каменноугольный, 55-75 Расцвет земноводных, возникновение первых пресмыкающихся, преобладание древних хвощей, развитие грибов
Девонский, 50-70 Появление кистеперых раб и стегоцефалов, возникновение грибов, распространение на суше высших споровых
Силурийский, 30 Преобладание кораллов, выход растений на сушу
Ордовикский, 60 Распространение морских беспозвоночных
Кембрийский, 70 Распространение водорослей
Протерозойская (эра ранней жизни), 2000 2500 – 2700   Все типы беспозвоночных
Архейская (самая древняя эра), 900   Следы жизни незначительны (бактерии, одноклеточные водоросли)

 

УСЛОВИЯ И РЕСУРСЫ СРЕДЫ

 

Под условиями среды понимают экологические факторы, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическое распространение живых существ.

Различают следующие виды экологических факторов:

1. АБИОТИЧЕСКИЕ (факторы неживой природы: солнечный свет, температура, влажность - климатические; рельеф, свойства почвы, соленость, течение, ветер, радиация и др. - местные);

2. БИОТИЧЕСКИЕ - формы влияния живых организмов друг на друга (опыление растений, конкуренция, паразитизм) и на среду;

3. АНТРОПОГЕННЫЕ - все те формы деятельности человека, которые воздействуют на естественную природную среду, изменяя условия обитания живых организмов или непосредственно влияют на виды.

Живые организмы живут и развиваются в определенной среде. Различают следующие типы СРЕДЫ ОБИТАНИЯ:

1. НАЗЕМНО-ВОЗДУШНАЯ СРЕДА;

2. ПОЧВЕННАЯ СРЕДА;

3. ВОДНАЯ СРЕДА;

4. СРЕДА, ОБРАЗУЕМАЯ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ.

К факторам НАЗЕМНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЫ относятся: температура, содержание кислорода, влажность, погода, интенсивность света. К факторам ПОЧВЕННОЙ среды относятся: структура, химический состав и влажность.

Обитатели наземно-воздушной и почвенной среды называются ГЕОБИОНТАМИ (ЭДАФОБИОНТАМИ).

К факторам ВОДНОЙ СРЕДЫ относятся: плотность, солевой режим, скорость течения, содержание органических веществ, свойства грунта, поглощение света, насыщенность кислородом.

Обитатели водной среды называются ГИДРОБИОНТАМИ.

К СРЕДЕ, ОБРАЗУЕМОЙ САМИМИ ЖИВЫМИ ОРГАНИЗМАМИ относятся тела организмов. Обитатели этой среды носят название ПАРАЗИТОВ, СИМБИОНТОВ.

Условия жизни живых существ могут достаточно сильно изменяться. При этом живые организмы могут по-разному выдерживать изменения условий жизни.

Способность организмов выдерживать изменение условий жизни называется ТОЛЕРАНТНОСТЬЮ (рис. 1.2).

 

 
 

Рисунок 1.2. - Кривая толерантности

 

Организмы с широким диапазоном ТОЛЕРАНТНОСТИ называются ЭВРИБИОНТАМИ (приспосабливающимися к разным условиям среды).

Организмы, обитающие в узких границах изменения того или иного фактора называются СТЕНОБИОНТАМИ. При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним. Следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиги купола толерантности. Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или АККЛИМАТИЗАЦИЕЙ.

Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873 гг.), основоположник науки о минеральных удобрениях, обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке. Это положение получило название ЗАКОНА МИНИМУМА или ПРАВИЛА ЛИБИХА.

Его можно сформулировать следующим образом: ЕСЛИ ИНТЕНСИВНОСТЬ БИОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОКАЗЫВАЕТСЯ ЧУВСТВИТЕЛЬНОЙ К ДВУМ И БОЛЬШЕМУ ЧИСЛУ ФАКТОРОВ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ, ТО РЕШАЮЩЕЕ ЗНАЧЕНИЕ БУДЕТ ПРИНАДЛЕЖАТЬ ТАКОМУ ФАКТОРУ ИЛИ РЕСУРСУ, КОТОРЫЙ ИМЕЕТСЯ В МИНИМАЛЬНОМ С ТОЧКИ ЗРЕНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ ОРГАНИЗМА КОЛИЧЕСТВЕ.

Успешное функционирование популяций или сообществ живых организмов зависит от комплекса условий; ОГРАНИЧИВАЮЩИМ (лимитирующим) фактором является состояние среды, приближающееся, или выходящее за границу устойчивости группы.

Например, кислород - энергетический ресурс большинства сухопутных животных, но применительно к рыбам содержание кислорода можно рассматривать и как показатель устойчивости группы.

Важным экологическим понятием является понятие ресурсов.

РЕСУРСЫ - все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает вещества для своей жизнедеятельности.

Ресурсы живых существ подразделяются на:

· вещества, идущие на построение тел живых существ;

· энергию, необходимую для жизнедеятельности живых организмов.

Иногда к ресурсам относят ПРОСТРАНСТВО.

Например, тело зеленого растения создается из молекул неорганического вещества и ионов - это пищевой ресурс зеленого растения. Для построения своего тела растению требуется энергия, которая черпается от Солнечного излучения при ФОТОСИНТЕЗЕ - это ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ РЕСУРС.

Но один и тот же фактор можно рассматривать и как УСЛОВИЕ и как РЕСУРС.

 

 

ПОПУЛЯЦИИ И СООБЩЕСТВА

 

Живые организмы участвуют в кругообороте веществ и энергии в биосфере Земли. Они живут группами, благодаря чему выживают и развиваются. Их важнейшими характеристиками являются численность, плотность, рождаемость, смертность, возрастной состав, соотношение полов и др.

В экологии одно их важнейших мест занимают такие направления, как экология популяций и сообществ, которые рассматривают характеристики популяций и сообществ, структуру, свойства и т.д.

ПОПУЛЯЦИИ состоят из одновидовых организмов, совместно населяющих определенные участки и связанных между собой определенными взаимоотношениями, которые обеспечивают им устойчивое существование в данной природной среде.

ВИД - основная структурная и классификационная (ТАКСОНОМИЧЕСКАЯ) единица в системе живых организмов; совокупность популяций особей, способных к скрещиванию с образованием плодовитого потомства, обладающих рядом общих морфофизиологических признаков, населяющих определенный ареал, обособленных от других не скрещиваемостью в природных условиях.

Популяция обладает не только биологическими свойствами составляющих ее организмов, но и свойствами, которые присущи группе особей в целом. Различают СТАТИЧЕСКИЕ и ДИНАМИЧЕСКИЕ характеристики популяций.

К статическим характеристикам относятся:

· ЧИСЛЕННОСТЬ;

· ПЛОТНОСТЬ;

· ВОЗРАСТНОЙ и ПОЛОВОЙ СОСТАВ.

К динамическим характеристикам относятся:

· РОЖДАЕМОСТЬ;

· СМЕРТНОСТЬ;

· СКОРОСТЬ ПОПУЛЯЦИОННОГО РОСТА.

Численность популяции не может быть любой; она не может быть слишком малой (до 2000 особей), но и не может быть бесконечно большой, так как тогда она не сможет прокормиться и разместиться на данной площади (рис. 1.3).

 
 

Рисунок 1.3. - Экспоненциальная и логистическая модели популяционного роста

 

Плотностью популяции называется число особей, приходящихся на единицу площади. Часто плотность измеряют не числом особей, а их массой (биомассой). Плотность равная численности или биомассе популяции на единицу обитаемого пространства называют ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ПЛОТНОСТЬЮ.

Возрастной состав также является статической характеристикой популяции.

Растущая популяция характеризуется преобладающим числом молодых особей, а в сокращающейся популяции преобладают особи старческого (пострепродуктивного) возраста.

Другая статическая характеристика популяции - половой состав. У высших животных число особей женского и мужского пола различно. Так, например, в человеческой популяции это соотношение составляет 515 : 485.

Рождаемость является динамической характеристикой популяции. Различают максимальную и реальную рождаемость.

Реально реализованная рождаемость (ПЛОДОВИТОСТЬ) называется ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ РОЖДАЕМОСТЬЮ. Экологическая рождаемость зависит от численности популяции, ее полового и возрастного состава, а также от физических условий среды.

Рождаемость равна общему числу вновь появившихся особей деленному на промежуток времени, в течение которого они появились.

Удельная рождаемость равна рождаемости, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность определяется как число особей, погибших за данный отрезок времени.

Удельная смертность равна смертности, деленной на число всех особей в популяции.

Смертность - показатель, противоположный рождаемости. У большинства живых организмов интенсивность смертности меняется на протяжении всей жизни. Чаще она больше на ранних стадиях развития, затем она снижается, а к старости снова возрастает.

Чем больше смертность, тем меньше средняя продолжительность жизни и наоборот. Иначе говоря, чем меньше средняя продолжительность жизни, тем меньшее количество живых организмов доживет до старости. Зависимости возраста и численности популяции представляются в виде КРИВЫХ ВЫЖИВАНИЯ(рис. 1.4).

 
 

 

Рисунок 1.4. - Основные типы кривых выживания

 

В Биосфере Земли живые организмы живут в окружении других представителей живой природы.

В сообществах организмы одной популяции могут питаться особями другой или использовать их как среду обитания (НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ взаимодействие). Разные организмы могут использовать один и тот же ресурс; один вид может быть передающим звеном в цепи развития паразита, живущего за счет другого (ОПОСРЕДОВАННЫЕ или КОСВЕННЫЕ взаимодействия).

Различают следующие типы экологических взаимодействий:

1. если две популяции не влияют друг на друга, то это носит название НЕЙТРАЛИЗМ (в природе нейтрализм встречается крайне редко);

2. если для одного из совместно обитающих видов влияниедругого отрицательно (он испытывает угнетение), в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы, то это называется АМЕНСАЛИЗМ. Например - когда светолюбивые растения растут в густом еловом лесу;

3. к взаимополезным взаимодействиям относятся:

· ПРОТОКООПЕРАЦИЯ;

· СИМБИОЗ;

· МУТУАЛИЗМ (птицы, кормящиеся на коже носорога);

4. к полезно-нейтральным взаимодействиям относятся:

· КОМЕНСАЛИЗМ (нахлебничество, сотрапезничество, квартиранство);

5. к полезно-вредным взаимодействиям относятся:

· ПАРАЗИТИЗМ;

· ХИЩНИЧЕСТВО;

6. к взаимовредным взаимодействиям относятся:

· КОНКУРЕНЦИЯ (различают межвидовую и внутривидовую конкуренцию).

СООБЩЕСТВОМ называется совокупность образующих его видов и взаимоотношения между ними.

С этим понятием тесно связано понятие биогеоценоза.

БИОГЕОЦЕНОЗОМ называют исторически сложившуюся совокупность живых организмов (биоценоз) и абиотической среды вместе с занимаемым ими участком земной поверхности (БИОТОПОМ).

При взаимодействиях живых организмов существуют механизмы, которые регулируют численность, создавая устойчивость в данной биологической системе. Колебания численности во времени как правило носят циклический характер. Обильный корм способствует быстрому размножению травоядных животных, которые служат пищей для хищников, количество которых увеличивается, но с некоторым запаздыванием (рис. 1.5).

 
 

 

 

Рисунок 1.5. - Динамика изменения численности популяций зайцев и лисиц во времени

 

Если выразить данные зависимости в системе координат «жертва-хищник» то получим следующую картину (рис. 1.6).

 
 

 

Рисунок 1.6. - Эволюция двух популяций "ХИЩНИК-ЖЕРТВА" во времени

На основании анализа следует, что чем больше амплитуда изменения численности данных групп живых организмов, тем больших размеров достигает элипсоподобная геометрическая фигура, а это соответствует меньшей устойчивости данной биологической системы.

Данные взаимоотношения живых организмов могут быть описаны с помощью математических моделей, включающих уравнения, содержащие такие взаимосвязанные параметров, как количество травы, зайцев (жертва) и лис (хищник), а также скорость рождения зайцев, скорость выедания зайцев лисами и скорость гибели лис. Значимым аспектом является начальное количество травы, зайцев и лис.

Например, для данной системы в общем виде модель может быть представлена следующим образом:

 

X(t) = f 1(G, Xi, Yj, n, m),

Y(t) = f2 (Xi, Yj , m, k),

 

Где X(t) - изменение количества зайцев во времени, Y(t) - изменение количества лис во времени, G - количество травы, X - количество зайцев, Y – количество лис, n – скорость рождения зайцев, m – скорость выедания зайцев лисами, k – скорость гибели лис.

Реализация данной модели показывает, что наиболее устойчивой является система, в которой начальной количество вышеназванных компонентов отличается примерно в десять раз (например, количество зайцев в десять раз больше начального количества лис). На устойчивость системы влияет также соотношение скоростей рождения и гибели. Эти скорости не могут изменяться в широких пределах и должны соответствовать начальному количеству живых организмов. Изменения в ту или иную сторону от оптимума могут привести к снижению устойчивости и к деградации данной системы.

Структурой сообщества называют соотношение различных групп организмов, различающиеся по систематическому положению, по роли, которую они играют в процессе переноса энергии и вещества, по месту в пространстве, в пищевой сети, либо по иному признаку, существенному для понимания закономерностей группы естественных экосистем.

Внутри биоценоза в результате борьбы за существование происходит распределение биологических видов по «ЭКОЛОГИЧЕСКИМ НИШАМ», которые определяются как сложные пространственные фигуры, учитывающие большое количество экологических факторов. Каждая популяция видов в сообществе занимает определенную экологическую нишу, границы которой достаточно четко определены (рис. 1.7).

 
 

 

Рисунок 1.7. - Схема экологической ниши

 









Читайте также:

Последнее изменение этой страницы: 2016-03-17; Просмотров: 121;


lektsia.info 2017 год. Все права принадлежат их авторам! Главная