Экологические факторы. Царства живой природы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Экологические факторы

галофит популяция симбиоз лес

Наука об отношениях растительных и животных организмов друг к другу и к окружающей их среде. Э. растений. Э. животных. Э. человека.

Состояние организмов, населяющих общую территорию, их отношения друг к другу и к окружающей среде. Э. леса. Э. водоёма, почвы. Э. человека или социальная э. (взаимодействие человека, общества и окружающей среды). Э. культуры (перен.).

ЭКОЛОГИЯ (от греч. oikos дом, жилище, местопребывание), наука об отношениях живых организмов и образуемых ими сообществ между собой и с окружающей средой. Термин «экология» предложен в 1866 Э. Геккелем. Объектами экологии могут быть популяции организмов, виды, сообщества, экосистемы и биосфера в целом. С сер. 20 в. в связи с усилившимся воздействием человека на природу экология приобрела особое значение как научная основа рационального природопользования и охраны живых организмов, а сам термин «экология» более широкий смысл.

С 70-х гг. 20 в. складывается экология человека, или социальная экология, изучающая закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы ее охраны; включает различные философские, социологические, экономические, географические и другие аспекты (напр., экология города, техническая экология, экологическая этика и др.). В этом смысле говорят об «экологизации» современной науки. Экологические проблемы, порожденные современным общественным развитием, вызвали ряд общественно-политических движений («Зеленые» и др.), выступающих против загрязнения окружающей среды и др. отрицательных последствий научно-технического прогресса.

Впервые термин «экология» ввел в 1866 нем. биолог Эрнст Геккель

Уровни организации жизни (уровни организации живой материи) - структурная организация биосистем, отражающая их уровневую иерархию в зависимости от степени сложности. Различают шесть основных структурных уровней жизни: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогеоценотический и биосферный.

Эколомгия (от др.-греч. п?кпт - обиталище, жилище, дом, имущество и льгпт - понятие, учение, наука) - наука об отношениях живых организмов и их сообществ между собой и с окружающей средой. Термин впервые предложил немецкий биолог Эрнст Геккель в 1866 году в книге «Общая морфология организмов» («Generelle Morphologie der Organismen»).

Экологические факторы - отдельные элементы среды, взаимодействующие с организмами.

Различают абиотические, биотические фыкторы и анторопогенный фактор. Абиотические факторы: свет, температура, влажность и другие компоненты климата, состав воздуха, почвы и пр., т.е. элементы неживой природы.

Биотические факторы: живые тела, или организмы, всевозможные взаимодействия между ними.

Антропогенные факторы: вырубка леса, осушение болот, возведение плотины, выброс в атмосферу различных химических в-в и пр. (т.е. деятельность человека).

Разные экологические факторы действуют на организмы определенными путями. Соответственно организмы имеют морфологические физиологические, поведенческие приспособления к ним.

Экологические факторы бывают разной интенсивности (в недостатке, в норме, или в избытке). Температура среды, например, бывает высокой, средней или низкой. Интенсивность фактора, при действии которого организм испытывает наиболее благоприятные воздействие на жизнедеятельность, называют оптимумом.

Отклонением от оптимума как в сторону понижения, так и в сторону повышения интенсивности фактора вызывают угнетенное состояние организма (бывают верхние и нижние границы выносливости по каждому фактору).

Оптимум неодинаков для разных видов живых организмов (холодостойких и теплолюбивых, влагостойких и сухолюбивых, теневыносливых и светолюбивых и пр.).

На организм одновременно действуют не один, а несколько факторов (их комплекс).

При оптимальной температуре повышается выносливость к неблагоприятной влажности или недостатку пищи; обилие пищи увеличивает устойчивость к понижению температуры. Однако ни один из необходимых факторов не может быть заменен другим.

Если какой-либо фактор выходит за пределы выносливости организма, то существование этого организма становится невозможным даже при других благоприятных условиях. Факторы, выходящие за пределы максимума или минимума выносливости, называются ограничивающими факторами.

Абиотические факторы - компоненты и явления неживой, неорганической природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы.

Основными абиотическими факторами среды являются:

температура;

свет;

вода;

солёность;

кислород;

магнитное поле Земли;

почва

влажность

фотопериод.

Принято выделять среди абиотических факторов среды следующие группы факторов:

климатические (температурный режим, влажность, давление);

эдафогенные (механический состав, плотность, воздухопроницаемость почвы);

орографические (рельеф, высота над уровнем моря);

химические (газовый состав воздуха, солевой состав воды, кислотность).

В отличие от них другие факторы среды хотя и оказывают существенное влияние на организмы, но не являются для них жизненно необходимыми (например, ветер, естественное и искусственное ионизирующее излучение, атмосферное электричество и др.).

Биотические факторы: живые тела, или организмы, всевозможные взаимодейтсвия между ними.

Физиологические - симбиоз, паразитизм и полупаразитизм, срастание корней;

Свет - интенсивность и качество солнечной энергии (инфракрасные, видимые и ульрафиолетовые лучи). Используется растениями для фотосинтеза, а животными - для ориентировки в пространстве в поисках пищи, партнеров и т.п. Фотопериодизм - реакция растений и животных на соотношение светлого и темного периодов суток, контролирует бутонизацию, цветение, листопад у растений. У животных - брачный период, миграцию, спячку и т.п. На основе фотопериодизма вырабатываются биоритмы (годичные или сезонные, суточные).

Влажность - содержание воды в воздухе, почве и живых организмах. Все живые организмы на 80 % состоят из воды.По отношению к влаге различают растения: гидрофиты (водные) - ряска, аир; мезофиты (развивающиеся в нормальных условиях) - ландыш; ксерофиты (живущие в засушливых условиях) - кактусы; животные: первичноводные (рыбы), вторичноводные (киты), полуводно-полуназемные (лягушки, крокодилы), наземно-воздушные (зайцы, волки); недостаток воды животные переживают в состоянии анабиоза (летний сон у сурков), либо запасают жировую ткань (горбы у верблюдов); к недостатку воды растения приспосабливаются, уменьшая транспирацию листьями (колючки у кактусов) и поглощая воду с большой глубины (корень саксаула).

Температура - среднемесячные летние и зимние значения колебаний температуры воздуха, воды и т.д. Влияет на скорость биохимических процессов, протекающих в живых организмах; организмы существуют в диапазоне температур в среднем от -50оС до +50оС; у растений существуют биохимические адаптации, лежащие в основе акклиматизации - изменения пределов выносливости к температуре; у животных существуют физиологические адаптации (гомойотермные - теплокровные звери и птицы, пойкилотермные - холоднокровные рыбы, амфибии и рептилии), поведенческие адаптации (образование зимующих колоний у пингвинов) и морфологические приспособления (более крупные размеры тела, густой мех или перьевой покров, отложение подкожного жира и др.).

Фотопериодизм (суточный ритм)

По типу фотопериодической реакции выделяют следующие основные группы растений:

1. Растения короткого дня. Зацветание и плодоношение наступает при 8-12-часовом освещении (например, конопля, табак, перилла).

2. Растения длинного дня. Для цветения им нужна продолжительность дня 12 ч и более (картофель, пшеница, шпинат).

3. Нейтральные к длине дня растения. Для них длина фотопериода безразлична. Цветение наступает при любой длине дня (кроме очень короткой, означающей для растений световое голодание). Таковы горчица, одучанчик, томат и др.

Главными факторами, определяющими характерные особенности пустынь, лесов или травянистых сообществ на конкретной территории, являются среднегодовое количество осадков, средняя температура, а также тип почв. Совместное действие этих факторов приводит к образованию тропических, умеренных и полярных вариантов пустынных, травянистых или лесных экосистем.

Лимитирующими факторами водной среды обитания являются недостаток света (особенно на большой глубине), его специфический спектральный состав (отсюда - и своеобразие набора пигментов у различных групп водорослей, названия которых говорят сами за себя: бурые, красные, золотистые), недостаток минеральных веществ, которые, естественно, не накапливаются в толще воды, а оседают на дно.

Лимитирующие факторы водной среды - температура, прозрачность, течение, соленость и др. Многие животные, живущие в воде, стенотермны, вследствие чего опасно даже небольшое тепловое загрязнение среды. Для жизни в водоемах очень важна прозрачность воды, мерой для которой служит глубина зоны, в которой возможен фотосинтез при проникновении солнечного света. Прозрачность может быть разная - от нескольких сантиметров в очень мутных водоемах, до 30-40 м в чистых горных озерах. Течение также важный лимитирующий фактор в лотических экосистемах - влияет на распространение организмов и содержание газов и солей ксерофильные (живущие в сухих местах с дефицитом Н2О в воздухе и почве).

Растения, устойчивые к засолению, называют галофитами (от греч. galos - соль, Phyton - растение). Они отличаются от гликофитов - растений незасоленных водоемов и почв - рядом анатомических и метаболических особенностей. У гликофитов при засолении снижается рост клеток растяжением, нарушается азотный обмен и накапливается токсичный аммиак.

Все галофиты делят на три группы:

1. Настоящие галофиты (эугалофиты) - наиболее устойчивые растения, накапливающие в вакуолях значительные количество солей. Поэтому они обладают большой сосущей силой, позволяющей поглощать воду из сильно засоленной почвы. Для растений этой группы характерна мясистость листьев, которая исчезает при выращивании их на незасоленных почвах.

2. Солевыделяющие галофиты (криногалофиты), поглощая соли, не накапливают их внутри тканей, а выводят из клеток на поверхность листьев с помощью секреторных железок. Выделение солей железками осуществляется с помощью ионных насосов и сопровождается транспортом больших количеств воды. Соли удаляется с опадающими листьями. У некоторых растений избавление от избытка солей происходит без поглощения больших количеств воды, так как соль выделяется в вакуоль клетки-головки листового волоска с последующим ее обламыванием и восстановлением.

3. Соленепроницаемые галофиты (гликогалофиты) растут на менее засоленных почвах. Высокое осмотическое давление в их клетках поддерживается за счет продуктов фотосинтеза, а клетки малопроницаемы для солей.

Солеустойчивость растений увеличивается после предпосевного закаливания семян. Семена замачивают один час в 3 % растворе NaCl с последующим промыванием водой в течение 1,5 часа. Этот прием повышает устойчивость растений к хлоридному засолению. Для закалки к сульфатному засолению семена в течение суток вымачивают в 0,2 %-ном растворе сульфата магния.

Совокупность всех воздействующих на данное растение или вид факторов среды в данном месте (в местонахождении) является его местообитанием.

Это все ветроопыляемые растения: ивы, березы, лещина, ольха..., волчье лыко (хотя опыляется первыми насекомыми) и некоторые плодовые деревья и кустарники. Главная причина: опыление, чтобы пыльца свободно перелетала с помощью ветра, а листва бы ей не мешала. А те, что насекомыми опыляются, цветут раньше, чтобы первые насекомые в большом количестве успели бы опылить цветки, так как их очень много бывает, а листья бы этому полету насекомым мешали.

Травоямдные, растительноямдные (лат. Herbivore) - животные, питающиеся исключительно растительной пищей. Являются так называемыми первичными потребителями в пищевой цепи. К растительноядным относятся губки, большинство червей и три четверти всех насекомых. Наиболее известными примерами растительноядных млекопитающих являются зайцы, лошади, коровы, овцы и козы.

Вид (лат. species) - таксономическая, систематическая единица, группа особей с общими морфофизиологическими, биохимическими и поведенческими признаками, способная к взаимному скрещиванию, дающему в ряду поколений плодовитое потомство, закономерно распространённая в пределах определённого ареала и сходно изменяющаяся под влиянием факторов внешней среды. Вид - реально существующая генетически неделимая единица живого мира, основная структурная единица в системе организмов.

Царства живой природы

Протисты. Сюда включают часть водорослей (пиррофитовые, золотистые и эвгленовые) и всех простейших, по другой системе - все водоросли, все простейшие и примитивные низшие грибы.

Бактерии одни из древнейших организмов на нашей планете, появившиеся около 3,5 млн. лет назад. Это мельчайшие живые существа, которые обитают всюду: в воздухе, воде, почве. Большинство из них использует в пищу готовые питательные (органические) вещества, разрушая мертвые остатки или паразитируя на живых организмах.

Растения появились на Земле примерно 3 млрд. лет назад. Характерная черта растений состоит в том, что они способны самостоятельно создавать все необходимые им органические вещества, получая достаточно света, углекислого газа из воздуха и минеральных солей из почвы.

Грибы тоже очень древняя группа организмов. Все грибы объединяет то, что они, в отличие от растений, не могут сами создавать органические вещества используя солнечный свет и минеральные соли. Это сближает их с большинством бактерий и животных.

Животные одно из самых крупных царств живой природы. Они появились на Земле после бактерий, растений и грибов. Практически все животные питаются готовыми органическими веществами, что отличает их от растений и сближает с грибами.

Популямция (от лат. populatio - население) - термин, используемый в различных разделах биологии, а также в генетике, демографии и медицине. Самый общий смысл заключается в дословном переводе. Популяция - это человеческое, животное или растительное население некоторой местности. В европейских языках это понятие, прежде всего, относится к человеку и уже во вторую очередь - к другим живым организмам.

Численность популяции - это общее число особей (или их биомасса, или связанная в биомассе энергия) на данной территории или в данном объеме. Этот показатель варьирует и колеблется в широких пределах. Зависит от условий обитания, наличия пищи, врагов, соотношения полов в популяции, размеров, составляющих ее особей. В определенный период времени численность дает возможность судить в сравнительном плане о преобладании той или иной популяции, но совершенно не характеризует ее состояние и перспективы развития. Плотность - это количество особей популяции (либо биомасса), отнесенное к единице занимаемого пространства или объема (количество деревьев на 1 га, масса циклопов в 1 воды). Различают среднюю плотность, то есть количество особей, отнесенное к единице площади всего ареала или объема, и экологическую - количество особей, отнесенное к единице заселенного пространства или объема. Последняя обычно выше (ведь ни одно растение не образует сплошного покрова на площади всего ареала!). Этот показатель свидетельствует о различиях в условиях обитания организмов: чем они благоприятнее, тем выше плотность. Существуют верхние и нижние пределы плотности, обусловливающие возможность существования популяции, так как высокая плотность вызывает отмирание особей, а низкая - препятствует своевременному спариванию, опылению и появлению потомства. Зная динамику плотности популяции, можно планировать заготовку сырья, древесины, отлов рыбы и т.д.

Рождаемость - число новых особей, родившихся за определенный промежуток времени, отнесенное к определенному количеству особей популяции (у людей - на 1000 человек населения). Рождаемость характеризует способность популяции к увеличению численности. Различают рождаемость максимальную, возможную в идеальных условиях, и экологическую, наблюдаемую в конкретных условиях, которая всегда ниже максимальной. Этот показатель зависит от соотношения полов, возрастной структуры популяции. Его важно учитывать при планировании использования популяции в хозяйственных целях. Иногда при высокой рождаемости численность популяции невелика, что говорит о наличии пресса со стороны хищников или высокой смертности по другим причинам. Рождаемость позволяет прогнозировать рост популяции.

Смертность характеризует гибель особей популяции и показывает число погибших за единицу времени, рассчитанное на определенное количество живущих особей (антипод рождаемости). Минимальная смертность наблюдается в идеальных условиях, экологическая - в конкретных. Смертность может быть специфичной для определенной возрастной группы. Высокая смертность говорит о неблагоприятных условиях среды. Однако большее значение в практике имеет другой показатель - количество выживших особей, или выживаемость. Если графически выразить количество выживших особей во времени, учитывая при этом продолжительность жизни популяции в процентах к средней величине ее, что дает возможность сравнивать популяции с разной продолжительностью жизни, то получим кривые выживаемости. Несмотря на специфические особенности каждой популяции, все кривые выживаемости можно свести к трем типам:

1. Сильно выпуклая (у дрозофил), когда все отродившиеся особи выживают и смертность наступает в конце жизни.

2. Сильно вогнутая (устрицы и другие моллюски). В этом случае огромное количество отродившихся особей отмирает, а оставшиеся живут очень долго. Ярко иллюстрирует этот тип выживаемости и самосев в лесу. В урожайные годы в дубравах появляется огромное количество самосева, но к 20 годам почти все сеянцы погибают под пологом материнского насаждения от недостатка света. Поэтому лесоводы производят частичную вырубку старых деревьев материнского полога и самосев получает больше света. Он выживает и приходит на смену старым деревьям.

3. Промежуточный тип - когда смертность более или менее одинакова (равномерна) на протяжении всей жизни популяции.

В связи с тремя типами выживания различают и три типа смертности. Первый характеризуется смертностью, одинаковой во всех возрастах; второй тип отличается повышенной гибелью особей на ранних стадиях развития; третий - повышенной гибелью взрослых (старых) особей.

Прирост популяции - это разница между рождаемостью и смертностью. Его считают показателем жизненности популяции. При высокой рождаемости высокая смертность не всегда является для популяции отрицательным явлением. Прирост говорит о перспективности развития популяции, о возможности человека эксплуатировать такую популяцию без риска ее уничтожения. Благоприятные условия обитания, особенно питания, способствуют более быстрому приросту популяции. Давно известен факт, что высокий урожай семян сосны, ели и других деревьев в лесу определяет повышение плодовитости белок, других грызунов и увеличение их прироста.

Рост популяции означает увеличение ее численности. На этот показатель оказывают влияние многочисленные внешние и внутренние факторы, и, прежде всего - соотношение рождаемости и смертности. Рост популяции сдерживают неблагоприятные условия, недостаток корма, хищники. В процессе роста новое поколение не всегда может "увидеть" родителей. Такой рост называется дискретным, или неперекрывающимся, что наблюдается у однолетних растений. Поколение, принесшее семена, отмирает, и новое поколение, которое образуется из семян, не застанет предыдущее. У многолетних растений и животных рост непрерывный или с перекрывающимися поколениями, так как каждое новое поколение некоторое время "живет" с родителями. По характеру увеличения численности различают два типа роста популяции.

Экспоненциальный тип характеризуется быстрым, постоянным, нелимитированным средой увеличением числа особей. Этот тип роста теоретически может наблюдаться в любой популяции.

Структура популяции на начальном этапе, когда нет хищников и достаточно пищи. Таким образом, происходило увеличение численности кроликов, когда их завезли в Австралию. Так же росла и популяция опунции, завезенной на этот же континент, пока не появился вредитель (кактусовая огневка), сдерживающий ее рост.

Если бы не было сдерживающих факторов, то пара домашней мухи за один сезон дала бы потомство 5,610" особей. Однако на определенном этапе роста популяции вступают в силу внутрипопуляционные механизмы регуляции численности, сопротивление среды (недостаток пи¬щи и убежищ, враги), и рост приостанавливается. Таким образом, в природных условиях в чистом виде популяции не имеют такого типа роста.

При логистическом росте численность популяции увеличивается в соответствии с логистическим уравнением (с непостоянной скоростью снижается по мере возрастания рождаемости). В процессе роста различают фазу положительного ускорения, логарифмического роста, фазу отрицательного ускорения и фазу развития. Но и такой тип роста в природных условиях часто нарушается в силу стихийных бедствий (пожары, засуха, извержения вулканов и пр.).

1. Нейтрализм (от лат. «нейтралис» - не принадлежащий ни тому, ни другому) - ассоциация двух популяций не сказывается ни на одной из них. Полевой василек, растущий среди хлебных злаков и кислица, называемая в народе заячьей капустой, что растет под пологом тенистого елового леса. Между ними нет ни пространственных, ни пищевых, ни иных контактов. Они входят в различные растительные сообщества. Отношения между ними нейтральные. Такого рода взаимоотношения в природе встречаются часто. Примеров можно привести много. Это отношения между дождевым червем и комаром в лесу, городским воробьем и деревенским аистом, зайцем в лесу и дятлом, живущим в дупле дерева.

2. Взаимное конкурентное подавление - обе популяции подавляют друг друга. В качестве примера можно рассмотреть взаимодействие двух видов клевера - ползучего (Trifolium re-pens) и земляничного (Trifoliurn fragiferum) в смешанных посевах. На начальных стадиях развития клевер ползучий раньше образует полог листьев и хорошо разрастается, но затем его затеняет клевер земляничный и препятствует росту первого. Таким образом, в смешанных травостоях каждый вид задерживает развитие другого, но оба они оказываются в состоянии завершить жизненный цикл и дать семена, хотя плотность каждого вида понижена. Примером взаимного конкурентного подавления могут служить также отношения между сорняками и культурными растениями, угнетающие обоих партнеров.

3. Конкуренция за общий ресурс - каждая популяция косвенно отрицательно воздействует на другую в борьбе за дефицитный ресурс. Это могут быть опосредованные отношения между видами в борьбе за добывание пищи (соперничество между волками, рысями и лисами в северных лесах, между гиенами и львами в саваннах) и т.п. В данном случае разные виды непосредственно не нападают друг на друга. На их состояние влияет фактор присутствия или отсутствия пищи.

4. Аменсализм (от греч. «а» - отрицание и лат. «менса» -стол, трапеза) - одна популяция подавляет другую, но сама не испытывает отрицательного влияния. Ель в процессе роста сильно затеняет почву и тем самым вытесняет светолюбивые виды, попавшие под ее полог. Изменяя среду, ель подавляет популяции светолюбивых травянистых растений. На рост же самой ели обратное воздействие не влияет.

5. Хищничество - одна популяция неблагоприятно воздействует на другую, непосредственно нападая на нее, но тем не менее сама зависит от объекта нападения. Хищниками могут быть различные организмы - от простейших до сложно-организованных. Это львы и волки, пожирающие свою жертву, кровососущие мошки и насекомоядные птицы, различные виды рыб, поедающие планктонных рачков дафний, и сами дафнии, питающиеся одноклеточными водорослями. Если хищник поедает растения, он называется растительноядный. При этом хищник не умерщвляет жертву, а довольствуется лишь поеданием какой-либо ее части. Примером может служить колорадский жук, питающийся культурным картофелем. Всеядные хищники питаются как животной, так и растительной пищей.

6. Промкооперация (буквально «первичное сотрудничество» - от греч. «протос» - первый и лат. «кооперацио» - сотрудничество) - обе популяции получают от ассоциации выгоду, но эти отношения необязательны. В качестве примера про-токооперации можно привести описание взаимоотношении между двумя видами, которые наблюдал римский натуралист Плиний Старший. «Наевшись рыбки, с пастью, наполненной остатками пищи, он предается сну на самом берегу реки; тут небольшая птичка, называемая в Египте трохилусом, чтобы поживиться пищей, предлагает ему раскрыть пасть и очищает ее сперва снаружи, а затем зубы и ее глотку, которую крокодил растягивает не без удовольствия, насколько только возможно». Вот только иной раз бывает, что встреча крокодила со своей подругой не осуществляется.

Птица-носорог во влажном тропическом лесу Малайзии и фиговое дерево (инжир, смоковница) также связаны взаимоотношениями, относящимися к протокооперации. Питаясь плодами инжира, носорог способствует его расселению. Мелкие семена фигового дерева проходят непереваренными через пищевой тракт птицы. Семена вместе с пометом попадают в места со скоплением органики в развилках стеблей древесных пород и дают начало новым растениям. Длинные корни по мере роста инжира спускаются по стволу дерева, дотягиваются до земли, закрепляются там и питают смоковницу.

Еще один распространенный в природе случай протокооперации относится к совместному существованию буйволовых скворцов (волоклюи) и крупных животных (буйволы, носороги, жирафы, антилопы, зебры, крупный рогатый скот). Волоклюи приспособлены к питанию клещами и насекомыми-кровососами, от которых страдают животные. Острые когти и жесткий хвост, служащие опорой, позволяют волоклюям ловко лазать по телу животного в поисках добычи. Присосавшихся клещей птицы, склонив голову набок, срезают как ножницами сжатым с боков клювом. Таким образом, налицо взаимное выгодное сотрудничество организмов (рис. 4.4).

7. Симбиоз (от греч. «симбиозис» - сожительство) - это тесная взаимосвязь между представителями разных видов, из которых по крайней мере один обойтись без другого не может.

Этот термин впервые предложил немецкий ботаник Генрих де Бари в 1873 г. Существует такой червячок - конволюта. В его теле живут фотосинтезирующие бактерии. Зачем червячку зеленые сожители? Оказывается, без них личинки конволюты погибают. Самостоятельно питаться червячок не может. Бактерии уделяют ему часть своей первичной продукции фотосинтеза, и сами пользуются продуктами его обмена веществ. Это сожительство представляет собой великолепную систему взаимной пользы.

Классическим примером симбиоза являются лишайники. Они состоят из двух компонентов - гетеротрофного гриба (микобионта) и автотрофного организма (фикобионта) - ци-анобактерии, водоросли. Гриб доставляет фикобионту воду и неорганические вещества и защищает от высыхания, а также спечивает прикрепление к почве. От автотрофного компо-ента он в свою очередь получает углеводы, которые образу-тся в ходе фотосинтеза.

Продуценты (от лат. producens - производящий) - организмы, создающие из неорганических органические вещества. Это автотрофы по типу питания, то есть зеленые растения, способные к фотосинтезу. Используя солнечную энергию; они синтезируют органическое вещество, которое частично используется ими же, как пища, строительный материал. Значительная часть его в виде спада (листья, ветви) отмирает, попадает в почву, перегнивает и вновь в виде простых минеральных веществ используется растениями. К автотрофам относятся также фото- и хемосинтезирующие бактерии.

Консументы (от лат. consumo - потребляю), или потребители, - это животные, гетеротрофы по типу питания. В эту группу входят организмы самых разных систематических таксонов. Различают консументы первичные - растительноядные животные (коровы, овцы, олени, лоси) - и вторичные - плотоядные животные (волк, лев, тигр). Потребляя органическое вещество, первичные консументы используют его энергию для своей жизнедеятельности, выбрасывая остатки, способствуют вовлечению его в круговорот. Они же являются пищей для вторичных консументов. Таким образом, консументы реализуют часть энергии, законсервированной продуцентами, однако количество этой энергии в природных условиях невелико: едва ли десятая часть энергии, усвояемой продуцентами, используется консументами.

Редуценты (от лат. reducens - восстановители, деструкторы) - это микроорганизмы, почвенные грибы, которые, разлагая мертвое органическое вещество, переводят его в более простые неорганические соединения и вовлекают в круговорот. Благодаря именно этим организмам вещество, создаваемое продуцентами, и трупные остатки подвергаются переработке, минерализации. Чтобы представить огромную работу, которую проделывают эти организмы, достаточно вспомнить, какое количество листвы ежегодно опадает с деревьев, и которой уже не найти в июле-августе следующего года. Весь годовой опад полностью разрушается редуцентами к моменту опадения новой листвы.

Плотность редуцентов и интенсивность их деятельности зависят от внешних условий. За Полярным кругом, где короткий вегетационный период и низкие летние температуры, деятельность редуцентов ограниченна, поэтому в лиственных лесах накапливается мощный (до 1,5 м) слой неразложившейся подстилки. В средних и южных широтах подстилки в лесных биоценозах практически нет, поскольку условия для деятельности редуцентов благоприятны, и они полностью ее перерабатывают.

Эдификатор (лат. aedificator - строитель) - вид животных или растений, играющий ведующую роль в сложении структуры и функционирования экосистемы, без которого она не может длительно существовать.

К Эдификаторы относится, например, ель в еловом лесу, которая, образуя густую крону, задерживает до 50% осадков и пропускает мало света. В связи с этим в густом еловом лесу царит полусумрак, что позволяет жить в нём только теневыносливым растениям. Кроме того, под пологом ели наблюдается повышенное содержание водяных паров и углекислоты, а также пониженная днём и повышенная ночью (по сравнению с соседними открытыми местами) температура, что отражается на средней годовой температуре внутри леса.

Ярусы состоят из «разновысотных» растений. Примерами ярусов являются 1-й древесный ярус, 2-й древесный ярус, напочвенный покров, мохово-лишайниковый ярус, ярус подлеска и др. Число ярусов может различаться. Эволюция фитоценозов идёт в направлении увеличения числа ярусов, так как это ведёт к ослаблению конкуренции между видами. Поэтому в более древних лесах умеренного пояса Северной Америки число ярусов (8-12) больше, чем в аналогичных более молодых лесах Евразии (4-8).

Л.Г. Раменский выделил три ценотипа:

1. Виоленты (силовики). Энергично развиваясь, они захватывают территорию и удерживают ее за собой, подавляя соперников.

2. Патиенты - виды, выносливые к крайним условиям существования.

3. Эксплеренты (выполняющие) - виды, с низкой конкурентной мощностью, но способные очень быстро захватывать освобождающиеся территории.

Жизненные формы растений по Раункнеру (схема): 1 - фанерофиты (1а - тополь, 1б - омела); 2 - хамефиты (2а - брусника, 2б - черника, 2в - барвинок); 3 - гемикриптофиты (3а - одуванчик, розеточное растение, 3б - лютик, 3в - кустовой злак, 3г - вербейник обыкновенный); 4 - геофиты (4а - ветреница, корневищное растение, 4б - тюльпан. Луковичное растение); 5 - терофиты (5а - мак-самосейка)

К группе ксерофитов относят и суккуленты - растения с сочными листьями или стеблями. Различают листовые суккуленты (агавы, алоэ) и стеблевые, у которых листья редуцированы, а наземные части представлены мясистыми стеблями (кактусы, некоторые молочаи).

Биоценоз - это исторически сложившаяся группировка растений, животных, грибов и микроорганизмов, населяющих относительно однородное жизненное пространство (участок суши или водоема) (рис. 2.1).

Итак, каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. Но мы знаем, что особи одного вида объединяются в природные системы, которые называются популяциями. Поэтому биоценоз может быть определен также и как совокупность популяций всех видов живых организмов, заселяющих общие места обитания.

В состав биоценоза входят совокупность растений на определенной территории - фитоценоз (от греч. phyton - растение), совокупность животных, проживающих в пределах фитоценоза, - зооценоз (от греч. zoon - животное), микробоценоз - совокупность микроорганизмов, населяющих почву, и микоценоз (от греч. mykes - гриб) - совокупность грибов. Примерами биоценозов являются лиственный, еловый, сосновый или смешанный лес, луг, болото и т.д.

Трофическая сеть

Обычно для каждого звена цепи можно указать не одно, а несколько других звеньев, связанных с ним отношением «пища - потребитель». Так, траву едят не только коровы, но и другие животные, а коровы являются пищей не только для человека. Установление таких связей превращает пищевую цепь в более сложную структуру - трофическую сеть.

Трофический уровень

Трофический уровень - условная единица, обозначающая удалённость от продуцентов в трофической цепи данной экосистемы.

В некоторых случаях в трофической сети можно сгруппировать отдельные звенья по уровням таким образом, что звенья одного уровня выступают для следующего уровня только в качестве пищи. Такая группировка называется трофическим уровнем.

Типы пищевых цепей

Существует 2 основных типа трофических цепей - пастбищные и детритные.

В пастбищной трофической цепи (цепь выедания) основу составляют автотрофные организмы, затем идут потребляющие их растительноядные животные (например, зоопланктон, питающийся фитопланктоном), потом хищники (консументы) 1-го порядка (например, рыбы, потребляющие зоопланктон), хищники 2-го порядка (например, щука, питающаяся другими рыбами). Особенно длинны трофические цепи в океане, где многие виды (например, тунцы) занимают место консументов 4-го порядка.

В детритных трофических цепях (цепи разложения), наиболее распространенных в лесах, большая часть продукции растений не потребляется непосредственно растительноядными животными, а отмирает, подвергаясь затем разложению сапротрофными организмами и минерализации. Таким образом, детритные трофические цепи начинаются от детрита (органических останков), идут к микроорганизмам, которые им питаются, а затем к детритофагам и к их потребителям - хищникам. В водных экосистемах (особенно в эвтрофных водоемах и на больших глубинах океана) часть продукции растений и животных также поступает в детритные трофические цепи.

Наземные детритные цепи питания более энергоемки, поскольку большая часть органической массы, создаваемое автотрофными организмами, остается невостребованной и отмирает, формируя детрит. В масштабах планеты, на долю цепей выедания приходится около 10% энергии и веществ запасенных автотрофами, 90% же процентов включается в круговорот посредством цепей разложения.

Первичные продуценты

Первичными продуцентами являются автотрофные организмы, в основном зеленые растения. Некоторые прокариоты, а именно сине-зеленые водоросли и немногочисленные виды бактерий, тоже фотосинтезируют, но их вклад относительно невелик. Фотосинтетики превращают солнечную энергию (энергию света) в химическую энергию, заключенную в органических молекулах, из которых построены ткани.

Небольшой вклад в продукцию органического вещества вносят и хемосинтезирующие бактерии, извлекающие энергию из неорганических соединений.

В водных экосистемах главными продуцентами являются водоросли - часто мелкие одноклеточные организмы, составляющие фитопланктон поверхностных слоев океанов и озер. На суше большую часть первичной продукции поставляют более высокоорганизованные формы, относящиеся к голосеменным и покрытосеменным. Они формируют леса и луга.

Рассмотрим, за счет чего существует и как поддерживается система обитателей водоема. Цепи питания состоят из нескольких последовательных звеньев. Например, растительными остатками и развивающимися на них бактериями питаются простейшие, которых поедают мелкие рачки. Рачки, в свою очередь, служат пищей рыбам, а последних могут поедать хищные рыбы. Почти все виды питаются не одним типом пищи, а используют разные пищевые объекты. Пищевые цепи сложно переплетены. Отсюда следует важный общий вывод: если какой-нибудь член биогеоценоза выпадает, то система не нарушается, так как используются другие источники пищи. Чем больше видовое разнообразие, тем система устойчивее.

Первичным источником энергии в водном биогеоценозе, как и в большинстве экологических систем, служит солнечный свет, благодаря которому растения синтезируют органическое вещество. Очевидно, биомасса всех существующих в водоеме животных полностью зависит от биологической продуктивности растений. Часто причиной низкой продуктивности естественных водоемов бывает недостаток минеральных веществ (в особенности азота и фосфора), необходимых для роста автотрофных растений, или неблагоприятная кислотность воды. Внесение минеральных удобрений, а в случае кислой среды известкование водоемов способствуют размножению растительного планктона, которым питаются животные, служащие кормом для рыб. Таким путем повышают продуктивность рыбохозяйственных прудов.

Пищевые связи леса

Богатство и разнообразие растений, производящих громадное количество органического вещества, которое может быть использовано в качестве пищи, становятся причиной развития в дубравах многочисленных потребителей из мира животных, от простейших до высших позвоночных - птиц и млекопитающих.

Среди млекопитающих пищевую цепь, например, составляют растительноядные мышевидные грызуны и зайцы, а также копытные, за счет которых существуют хищники: ласка, горностай, куница, лиса, волк. Все виды позвоночных служат средой обитания и источником питания для различных наружных паразитов, преимущественно насекомых и клещей, а также внутренних паразитов: плоских и круглых червей, простейших, бактерий.

Пищевые цепи в лесу переплетены в очень сложную пищевую сеть, поэтому выпадение какого-нибудь одного вида животных обычно не нарушает существенно всю систему. Значение разных групп животных в биогеоценозе неодинаково. Исчезновение, например, в большинстве наших дубрав всех крупных растительноядных копытных: зубров, оленей, косуль, лосей - слабо отразилось бы на общей экосистеме, так как их численность, а следовательно, биомасса никогда не была большой и не играла существенной роли в общем круговороте веществ. Но если бы исчезли растительноядные насекомые, то последствия были бы очень серьезными, так как насекомые выполняют важную в биогеоценозе функцию опылителей, служат основой существования многих последующих звеньев пищевых цепей.

Процесс саморегуляции в дубраве проявляется в том, что все разнообразное население леса существует совместно, не уничтожая полностью друг друга, а лишь ограничивая численность особей каждого вида определенным уровнем. Насколько велико в жизни леса значение такой регуляции численности, можно видеть из следующего примера. Листьями дуба питается несколько сотен видов насекомых, но в нормальных условиях каждый вид представлен столь малым количеством особей, что даже их общая деятельность не наносит существенного вреда дереву и лесу. Между тем все насекомые обладают большой плодовитостью. Количество яиц, откладываемых одной самкой, редко бывает менее 100. Многие виды способны давать 2-3 поколения за лето. Следовательно, при отсутствии ограничивающих факторов численность любого вида насекомых возросла бы очень быстро и привела бы к разрушению экологической системы. Некоторая часть потомства погибает под влиянием различных неблагоприятных условий погоды. Но основную массу уничтожают другие члены биогеоценоза: хищные и паразитические насекомые, птицы, болезнетворные микроорганизмы.

Ограничивающее действие экологической системы все же не исключает полностью случаев массового размножения отдельных видов, которое бывает связано с сочетанием благоприятных факторов среды. Однако после массовой вспышки особенно интенсивно проявляются регулирующие факторы (паразиты, болезнетворные бактерии и др.), которые снижают численность вредителей до средней нормы.

Огромное значение в жизни леса имеют процессы разложения и минерализации массы отмирающих листьев, древесины, остатков животных и продуктов их жизнедеятельности. Из общего ежегодного прироста биомассы надземных частей растений около 3-4 т на 1 га естественно отмирает и опадает, образуя так называемую лесную подстилку. Значительную массу составляют также отмершие подземные части растений. С опадом возвращается в почву большая часть потребленных растениями минеральных веществ и азота.

Животные остатки очень быстро уничтожаются жуками-мертвоедами, кожеедами, личинками падальных мух и другими насекомыми, а также гнилостными бактериями. Труднее разлагается клетчатка и другие прочные вещества, составляющие значительную часть растительного опада. Но и они служат пищей для ряда организмов, например грибков и бактерий, имеющих специальные ферменты, которые расщепляют клетчатку и другие вещества до легкоусвояемых сахаров.

Как только растения погибают, их вещество полностью используется разрушителями. Значительную часть биомассы составляют дождевые черви, производящие огромную работу по разложению и перемещению органических веществ в почве. Общее число особей насекомых, панцирных клещей, червей и других беспозвоночных достигает многих десятков и даже сотен миллионов на гектар. В разложении опада особенно велика роль бактерий и низших, сапрофитных грибков.

Организмы в экосистеме связаны общностью энергии и питательных веществ, которые необходимы для поддержания жизни. Главным источником энергии для подавляющего большинства живых организмов на Земле является Солнце. Фотосинтезирующие организмы (зеленые растения, цианобактерии, некоторые бактерии) непосредственно используют энергию солнечного света. При этом из углекислого газа и воды образуются сложные органические вещества, в которых часть солнечной энергии накапливается в форме химической энергии. Органические вещества служат источником энергии не только для самого растения, но и для других организмов экосистемы. Высвобождение заключенной в пище энергии происходит в процессе дыхания. Продукты дыхания - углекислый газ, вода и неорганические вещества - могут вновь использоваться зелеными растениями. В итоге вещества в данной экосистеме совершают бесконечный круговорот. При этом энергия, заключенная в пище, не совершает круговорот, а постепенно превращается в тепловую энергию и уходит из экосистемы. Поэтому необходимым условием существования экосистемы является постоянный приток энергии извне.

Пример экосистемы - пруд с обитающими в нём растениями, рыбами, беспозвоночными животными, микроорганизмами, составляющими живую компоненту системы, биоценоз. Для пруда как экосистемы характерны донные отложения определенного состава, химический состав (ионный состав, концентрация растворенных газов) и физические параметры (прозрачность воды, тренд годичных изменений температуры), а также определённые показатели биологической продуктивности, трофический статус водоёма и специфические условия данного водоёма. Другой пример экологической системы - лиственный лес в средней полосе России с определённого состава лесной подстилкой, характерной для этого типа лесов почвой и устойчивым растительным сообществом, и, как следствие, со строго определёнными показателями микроклимата (температуры, влажности, освещённости) и соответствующим таким условиям среды комплексом животных организмов. Немаловажным аспектом, позволяющим определять типы и границы экосистем, является трофическая структура сообщества и соотношение производителей биомассы, её потребителей и разрушающих биомассу организмов, а также показатели продуктивности и обмена вещества и энергии.

У экосистем существует множество состояний, в которых она находится в динамическом равновесии; в случае выведения из него внешними силами, экосистема совершенно необязательно вернётся в изначальное состояние, зачастую её привлечёт ближайшее равновесное состояние (аттрактор), хотя оно может быть очень близким к первоначальному.

К антропогенным экосистемам относят: урбосистемы и агроэкосистемы.

Урбосистемы (урбанистические системы) - искусственные экосистемы, возникающие в результате развития городов. Представляют собой сосредоточение населения, жилых зданий, промышленных, бытовых, культурных объектов.Существование урбосистем поддерживается за счет агроэкосистем, энергии горючих ископаемых и атомной промышленности.

Агроэкосистемы (сельскохозяйственные экосистемы)

Распространение сельскохозяйственных культур оказало огромное влияние на наземные экосистемы. Вместо естественных биогеоценозов, экосистем, ландшафтов появились агросфера, аграрные ландшафты, агроэкосистемы, агроценозы.

Агроэкосистемы - искусственно созданные человеком экосистемы с целью производства сельскохозяйственной продукции (поля, сады, пастбища, огороды, теплицы, парники, лесные полосы, живые изгороди и т.д.)В них, так же, как в естественных сообществах, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши и т.д.) и редуценты (грибы и бактерии и т.д.). Обязательным звеном пищевых цепей в агроэкосистемах является человек. Центральным звеном агроэкосистем является агрофитоценоз - растительное сообщество созданное человеком из культурных растений. Различают 2 типа агрофитоценозов:1. Основу составляет одно или несколько культурных растений (поля пшеницы, ржи, овса и др.; огороды (арбузы, дыни); плодово-ягодные сады и т.д.).2. Основу составляет естественное растительное сообщество, которое обогащается дополнительно видами культурных растений (парки, сенокосы, луга, пастбища, лесные посадки). Например: для повышения продуктивности в естественные луга подсевают бобовые и злаковые культуры.

Агроэкосистемы занимают около 30% земельных ресурсов, в т.ч. пашней занято 10%, сенокосами и пастбищами 20%. В России на душу населения приходится 0,88 га пашни. Отличия агроэкосистем от природных 1. Получают наряду с солнечной дополнительную антропогенную энергию в виде удобрений, пестицидов, механизмами, труда человека, поливной воды и т.д.; 2. Выращиваемые культуры, разводимые животные подвергаются искусственному отбору, более продуктивны; 3. Пониженное разнообразие организмов. Чаще всего посевы представлены одним видом или даже сортом; 4. Неустойчивы и неспособны к саморегуляции. Без поддержки человека быстро дичают и трансформируются в естественные биоценозы (насаждения лесных культур - в лес, поле - в луг, лес, осушенные земли - в болото); 5. Нарушен биотический круговорот, т.к. с урожаем за пределы агроэкосистем мигрируют химические элементы, содержащиеся в фитомассе и зоомассе (мясо, яйцо, молоко, шерсть и т.д.). Они выключаются из биологического круговорота агроэкосистем и вовлекаются в геологический круговорот (через канализационные системы городов и населенных пунктов). Биотический круговорот нарушается так же в результате притока удобрений, пестицидов, которые включаются в пищевые цепи и биотический круговорот. Это влияет на состояние флоры и фауны, биологическую продуктивность и воспроизводительную способность культурных растений и сельскохозяйственных животных, качество продуктов растениеводства и животноводства.

Биосфера располагается на пересечении верхней части литосферы, нижней части атмосферы и занимает всю гидросферу.

Границы биосферы

Верхняя граница в атмосфере: 15-20 км. Она определяется озоновым слоем, задерживающим коротковолновое УФ-излучение, губительное для живых организмов.

Нижняя граница в литосфере: 3,5-7,5 км. Она определяется температурой перехода воды в пар и температурой денатурации белков, однако в основном распространение живых организмов ограничивается вглубь несколькими метрами.

Нижняя граница в гидросфере: 10-11 км. Она определяется дном Мирового Океана, включая донные отложения.

Вернадский, Владимир Иванович

Возобновляемые ресурсы - природные ресурсы, запасы которых или восстанавливаются быстрее, чем используются, или не зависят от того, используются они или нет. Это довольно расплывчатое определение, и часто в понятие «возобновляемые ресурсы» включают не совсем то, что это словосочетание обозначает. Термин был введён в обращение как противопоставление понятию «невозобновляемые ресурсы» (ресурсы, запасы которых могут быть исчерпаны уже в ближайшее время при существующих темпах использования).

Многие ресурсы, которые относят к возобновляемым, на самом деле не восстанавливаются и когда-нибудь будут исчерпаны. В качестве примера можно привести солнечную энергию. С другой стороны, при достаточном развитии технологии, многие ресурсы, которые традиционно считаются невозобновляемыми, могут быть восстановлены. Например, металлы можно использовать повторно. Ведутся исследования по переработке изделий из пластика.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) - в современной мировой практике к ВИЭ относят: гидро, солнечную, ветровую, геотермальную, гидравлическую энергии, энергию морских течений, волн, приливов, температурного градиента морской воды, разности температур между воздушной массой и океаном, тепла Земли, биомассу животного, растительного и бытового происхождения.

Существуют различные мнения о том, к какому типу ресурсов следует относить ядерное топливо. Запасы ядерного топлива с учётом возможности его воспроизводства в реакторах-размножителях, огромны, его может хватить на тысячи лет. Несмотря на это его обычно причисляют к невозобновляемым ресурсам. Основным аргументом для этого является высокий риск для экологии, связанный с использованием ядерной энергии.

Леса Беларуси

Леса - национальное богатство Беларуси, один из основных природных ресурсов государства. Все леса в Республике Беларусь - собственность государства. В состав природной флоры Белоруссии входят 28 видов деревьев, 42 вида кустарников, свыше 820 видов травянистых растений. Леса Беларуси сформированы следующими основными породами: сосной обыкновенной, елью европейской, дубом черешчатым, ольхой черной и серой, березой повислой и пушистой, осиной, ясенем. Кроме того, в лесах встречаются вяз шершавый, вяз гладкий, граб обыкновенный, клен остролистный, липа мелколистная и др. древесные породы.

Лесистость территории Республики, 36,3% - близка к оптимальной. Однако распределение лесов по территории страны весьма неравномерно, лесистость отдельных административных районов варьирует от 10% (Несвижский р-н) до 62% (Лельчицкий р-н).