Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа

Экологические факторы и законы

Содержание

1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

1.1 Абиотические факторы

1.2 Биотические факторы

1.3 Реакции организмов на воздействия факторов среды

2. ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ

3. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ

Список литературы

1. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

С точки зрения экологии окружающая среда это природные условия и явления, с которыми взаимодействует организм. Все разнообразие параметров среды изменяющихся в пространстве и во времени представляют из себя факторы. Экологический фактор это любой параметр среды способный оказать прямое или косвенное воздействие на организмы, которые отвечают, реагируют своеобразным образом. Все экологические факторы можно поделить на две большие категории: абиотические (факторы неживой природы) и биотические (факторы живой природы). В процессе жизнедеятельности организмы также способны изменять абиотические факторы среды обитания. Иногда факторы также подразделяют на первичные периодические, вторичные периодические и непериодические. Периодические факторы связаны с геофизическими параметрами Земли (суточная и годичная периодичность процессов), вторичные - это изменение климата, освещенности, температуры. Непериодические факторы это чаще всего антропогенные. Для оптимального существования организмов необходимо определенное сочетание факторов с определенным значением диапазона их изменения.

1.1 Абиотические факторы

Неживой, или абиотический, компонент экосистемы в основном включает: 1) почву или воду и 2) климат. Почва и вода содержат смесь неорганических и органических веществ. Свойства почвы зависят от первичных материнских пород. В понятие климата входят такие параметры, как освещенность, температура и влажность, в большой степени определяющие видовой состав организмов, успешно развивающихся в данной экосистеме. Для водных экосистем очень существенна также степень солености.

К числу основных абиотических факторов можно отнести:

Климатические факторы

Количественный и качественный состав излучения Солнца.

Известно, что около 99% достигающей земную поверхность лучистой энергии Солнца приходится на электромагнитные волны в диапазоне 0.1_4 мкм. Из них приходится на: видимую часть 45%, инфракрасную - 45% и 7% на ультрафиолетовую. Величина энергии, достигающие Земли оценивается в 21х10 кДж и ее называют солнечной постоянной. С учетом особенностей прохождения лучей берется средняя величина на см² равная 0.14 Дж/см². Доля солнечной энергии поступающей в различных географических зонах различается значительно (тропики по сравнению с Арктикой получают в 5 раз больше). Достигшая часть солнечного излучения расходуется на поглощение растительностью, почвами, водой, рассеивается в атмосфере и в космическое пространство. Долю отражаемой части оценивается по величине называемой альбедо различного в зависимости от поверхности (снег-80_95%, почва - 5%, лес - 15%). Освещенность земной поверхности испытывает суточные и годовые изменения.

Влага атмосферы.

Наличие паров воды оказывает значительное влияние на климат и существование биосферы. Основная влага (до 50%) находится в нижних частях атмосферы (до 2 км). Различают абсолютную и относительную влажность воздуха. Абсолютная - это максимально возможное количество влаги в воздухе при данной температуре, относительная - процент насыщения воздуха парами относительно максимума. Разница между ними дает дефицит влажности в воздухе. Влажность влияет на развитие многих процессов в биосфере.

Атмосферные осадки и гидросфера.

Осадки играют большую роль в функционировании всех геосфер, в том числе и биосферы. Они обеспечивают круговорот веществ естественного и антропогенного происхождения обеспечивают существование и развитие экосистем. Осадки количественно оцениваются в мм/год.

Осадки бывают жидкие (дождь) и твердые (снег). Максимальное значение осадков 2000 мм - в тропиках, минимальные в пустынях - 0,2 мм/год. За счет осадков формируются поверхностные воды. Вода занимает преобладающую часть биосферы Земли. Из 510 млн. км² общей площади земной поверхности на Мировой океан приходится 361 млн. км² (71 %). Водная среда обитания живых организмов, отличается от наземной прежде всего плотностью и вязкостью. Плотность воды в 800 раз, а вязкость - примерно в 55 раз больше, чем воздуха. Океан приемник и аккумулятор солнечной энергии. В состав гидросферы входят моря, поверхностные и подземные воды.

Важнейшими физическими особенностями водной среды являются следующие:

1. Динамичность и активное перемещение.

2. Температурная стратификация.

3. Периодическое изменение температуры в определенном интервале минимум - 2°С, максимум 30°С.

4. Спектральная прозрачность для солнечного света. От прозрачности зависит фотосинтез фитопланктона, высших растений.

Важной характеристикой качества воды является наличие в ней растворенного кислорода, диоксида углерода и других газов. Особенно важен кислород, для дыхания водных организмов. Потребление кислорода на окисление химических загрязнителей (например, фосфатов) создает экологическое бедствие для водных организмов. Большое значение для водных организмов является величина кислотности воды (ее рН). Закисление водоемов может привести к полному уничтожению флоры и фауны в них.

Минерализация воды, т.е. содержание в ней растворенных карбонатов, сульфатов, хлоридов определяет формирование определенных водных экосистем. Степень минерализации вод различна от рассола, где солей более 60 г/л до ультрапресных, где солей менее 1 г/л. Морская вода - от 20 до 35 г/л, пресная вода водоемов 1-2 г/л.

Газовый состав атмосферы.

Газовый состав атмосферы относительно стабилен (по массе): кислород - 23%, азот - 75%, аргон - 1,28%, метан - 0,00009%, углекислый газ - 0,046, озон - 0,001%.

Наиболее важное экологическое значение имеет изменение содержания углекислого газа, метана, озона. Так как первые два определяют возникновение парникового эффекта, а озон влияет на прохождение УФ излучения. Современная атмосфера в значительной мере является продуктом деятельности биосферы. Полное обновление кислорода происходит за 5800 лет, вся его масса усваивается биосферой за 2000 лет, углекислый газ за 400 лет

Циркуляция воздушных масс атмосферы.

Основная сила перемещения воздушных масс и атмосферных осадков связана с воздушными потоками, формирующими климат и температурный режим и оказывающих значительное влияние на биосферу.

Давление атмосферного воздуха.

Изменение давления является основной движущей силой формирования воздушных потоков и формирования климата и многих атмосферных явлений (циклонов, антициклонов, ураганов, смерчей и т.д.)

Эдафические факторы (факторы почвенные)

Состав. Структура почв является важнейшим фактором существования экосистем. Почвы это трехфазные системы, состоящие из твердой, жидкой и газообразной части. В состав почв входят вода, минеральная составляющая и органика. Формирование почв произошло под воздействием живых организмов.

Докучаев впервые стал рассматривать почву как динамическую, а не инертную среду. Он выявил пять главных почвообразующих факторов, к которым относятся климат, геологическая основа (материнская порода), топография (рельеф), живые организмы и время. Почва считается важнейшим связующим звеном между биотическими и абиотическими компонентами наземных экосистем.

Почвой называют слой вещества, лежащий поверх горных пород земной коры. В состав почвы входят четыре важных структурных компонента: минеральная основа (обычно 50-60% общего состава почвы), органическое вещество (до 10%), воздух (15-25%) и вода (25-35%). Кроме того, имеется биотический компонент. В почве обитает множество видов растительных и животных организмов, влияющих на ее физико-химические характеристики: бактерии, водоросли, грибы одноклеточные, черви и членистоногие. Биомасса их в разных почвах равна (кг/га): бактерий 1000-7000; микроскопических грибов 100-1000; водорослей 10-300; членистоногих 1000; червей 350-1000.

В почве протекают разнообразные химические реакции преобразования веществ, под действием бактерий. Бактерии участвуют в цикле превращения элементов, например серы, углерода, азота, фосфора и кальция. Почвенные животные делают органические вещества доступными для микроорганизмов.

Органические вещества вырабатываются растением при использовании минеральных солей, солнечной энергии и воды. Отмирающие растения возвращают минеральные вещества в почву. При выращивании и сборе культурных растений происходит невосполнимое изъятие веществ из почв.

Основные биохимические процессы протекают в слое почвы толщиной до 0,4 м, где обитает наибольшее количество микроорганизмов.

Таблица 1

Классификация экологических факторов (факторов среды)

1.2 Биотические факторы

Под биотическими факторами понимают совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Их можно разделить на прямые и косвенные. Первые связаны с непосредственным воздействием одних организмов на другие; вторые с тем, что изменяют абиотические факторы среды для других растений и животных.

Взаимодействия живых организмов классифицируют по их реакции друг на друга. Выделяют гомотипические реакции, когда взаимодействуют особи одного и того же вида и гетеротипические - между разными видами.

Распространенный тип взаимоотношений между животными это хищничество, пожирание одних видов другими. Хищничество наблюдается и среди беспозвоночных животных. Известны хищные насекомые, моллюски, хищные простейшие и бактерии. Поедание видом того же вида - каннибализм. экологический популяция атмосферный абиотический

Второй тип взаимоотношений - паразитизм. Паразит постоянно живет на теле или внутри тела другого вида. Это гельминты животных, паразитические насекомые (вши, блохи), клещи, некоторые простейшие - возбудители опасных заболеваний. Такой паразитизм носит название истинного в отличие от периодического, при котором паразит на хозяине развивается лишь временно личинка паразита. Другой тип взаимоотношений животных - форезия (перенос одних видов другими), комменсализм (сотрапезничество), при котором один вид питается остатками пищи другого, синойкия - использование одними, животными нор и гнезд других, нейтрализм (взаимонезависимость совместно обитающих видов), мутуализм (способность одних видов развиваться только в присутствии других), аменсализм (когда один из видов в присутствии другого не может нормально питаться и размножаться), протокооперация (совместное гнездование нескольких видов птиц). Отношения между растениями и животными могут быть более сложными и разнообразными.

В естественных условиях ни один вид не стремится к уничтожению другого. Исчезновение естественного «врага» из экологической системы может привести к вымиранию того вида, на котором развивается этот «враг».

1.3 Реакции организмов на воздействия факторов среды

Принципы экологической классификации организмов осуществляется по положению в энергетической или пищевой цепи (гетеротрофы и автотрофы), по функции в экосистеме (продуценты, консументы, редуценты), по местообитанию (бентосные, планктонные, нектонные и т.д.), по размерам (микро-, мезо- и макробиота), по отношению к экологическим факторам (экологические группы организмов).

Адаптация живых организмов к экологическим факторам.

Адаптацией называют процесс приспособления организма, популяции к условиям внешней среды. Одни организмы могут выживать при более широкой; другие - при более узкой амплитуде колебаний конкретного фактора. Виды приспособленные к широкой амплитуде изменения фактора (температуры) называются эвритермными видами, а при узком интервале - стенотермными. Значения любого экологического фактора (не только температуры, но и освещённости, влажности, рН, содержания солей и т.п.), близкие к предельным минимальным и максимальным величинам, характеризуются как пессимальные, или пессимумы. В пессимальных условиях снижаются жизненная активность, упитанность, подвижность, плодовитость и другие свойства организмов. Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу называется экологической валентностью или пластичностью.

Формы и особенности адаптации.

Животные и растения вынуждены приспосабливаться к множеству факторов, причем эти приспособления вырабатываются и закрепляются в процессов эволюции и естественного отбора на генетическом уровне. Эволюционно выработанные и наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность в условиях динамичных экологических (биотических и абиотических) факторов, называются адаптациями. Известны следующие виды адаптации:

Морфологические адаптации. Например, растения, обитающие в пустынях, лишены листьев, и их строение наилучшим образом приспособлено к минимальным потерям влаги;

Физиологические адаптации заключаются, например, в особенностях ферментативного набора в пищеварительном тракте животных, определяемого составом пищи. Обитатели пустынь способны обеспечивать потребность во влаге путем биохимического окисления жиров. Биохимические процессы фотосинтеза отражают способность растений создавать из неорганических веществ органические в условиях строго определенного газового состава атмосферного воздуха.

Поведенческие адаптации проявляются в различных формах. Так, существуют формы приспособительного поведения животных, направленные на обеспечение нормального теплообмена с окружающей средой: создание убежищ, передвижение с целью выбора оптимальных температурных условий, особенно в условиях экстремальных (очень высоких или очень низких) температур. Известны суточные и сезонные кочевки млекопитающих и птиц.

Экологическая ниша.

Все организмы приспособлены (адаптированы) к определенным условиям среды. Изменение параметров среды может вызвать их гибель. Требования того или иного организма к факторам среды определяют границы его распространения (ареал) и место, занимаемое в экосистеме. Все множество параметров среды, определяющих условия существования того или иного вида, и его функциональных характеристик представляет собой экологическую нишу. Таким образом, ниша это пространственная ячейка, построенная на множестве векторов.

Она включает не только положение вида в пространстве, но и функциональную роль его в сообществе. Экологическая ниша - это совокупность условий жизни внутри экологической системы, предъявляемых к среде видом или его популяцией. С понятием экологической ниши связано понятие - жизненной формы - группы видов (как систематически близких, так и далеких) со сходными приспособительными структурами для обитания в одинаковых условиях. Жизненная форма характеризуется общими чертами приспособления к среде, схожестью морфологических черт и поведенческих признаков. Например, жизненные формы прыгунов представлены тушканчиками и кенгуру.

Отношения трансбиотические - это отношения между видами в экосистеме, опосредованные через абиотические связи. Примером трансбиотических отношений является конкуренция между растениями за свет, влагу и минеральное питание. Обычно такие отношения обусловлены через другие виды, не состоящие в прямых связях.

2. ОСНОВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАКОНЫ

Понятие о лимитирующем факторе. В 1840г. Ю. Либих сформулировал «закон минимума», согласно которому относительное действие отдельного экологического фактора тем сильнее, чем больше он находится по сравнению с другими факторами в минимуме. Во многом этот закон дополняется законом Шелфорда (закон толерантности) согласно которому лимитирующим фактором процветания может быть как минимум, так и максимум экологического фактора. Диапазон между минимумом и максимумом определяет величину толерантности (выносливости) организма к данному фактору.

Закон ограничивающих лимитирующих факторов (или закон Ф. Блэкмана). Этот закон является расширением закона толерантности Шелфорда, согласно которому факторы среды, наиболее удаляющиеся, от оптимума особенно затрудняют возможность существования вида в данных условиях, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий.

Этот закон учитывается в мероприятиях по охране окружающей среды от загрязнения. Превышение нормы вредных примесей в воздухе и воде представляет серьезную угрозу здоровью людей.

Закон совокупного действия факторов. Это закон физиологических взаимодействий состоит в том, что величина урожая зависит от всей совокупности действующих факторов одновременно (закон Митчерлиха-Бауле). Он рассматривается как поправка к закону минимума Либиха. Закон Митчерлиха оформлен в виде математического выражения для взаимодействия экологических факторов.

3. ЭКОЛОГИЯ ПОПУЛЯЦИЙ

Популяция, ее структура и динамика. Живые организмы существуют только в форме популяций. Популяцией называют совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого осуществляется та или иная степень обмена генетической информацией.

Иногда делят популяции на географические и экологические, считая вторые подсистемами первых. Каждая популяция имеет определенную структуру: возрастную (соотношение особей разного возраста), сексуальную (соотношение полов), пространственную (колонии, семьи, стаи и т.п.). Каждая популяция имеет определенную численность и амплитуду колебаний этой численности. Структура популяции, ее численность и динамика численности определяются экологической нишей данного вида и конкретно - соответствием условий местообитания требованиям слагающих популяцию организмов. Человек, осваивая природную среду, всегда воздействует на популяции, меняет их параметры и структуру, нарушая их соответствие реальным экологическим факторам. Это может привести к гибели популяции. Крайний случай воздействия на популяцию это уничтожение (геноцид) вида, особенно если вид состоит из одной популяции.

Плотность и численность популяций.

В природной среде поддерживается та численность особей в популяциях обитающих здесь животных и растений, которая в наибольшей степени отвечает интересам сохранения видов. Режим численности зависит от постоянно действующих регулирующих экологических факторов. Численность популяции выражается определенным количеством особей. Популяции могут быть многочисленными: сотни и тысячи у одних видов, а у других они представлены десятками экземпляров. В сельском и лесном хозяйстве от численности растительноядных видов зависит наносимый ими ущерб. Плотность популяции - это численность популяции, отнесенная к единице занимаемого ею пространства или среднее число особей на единицу площади или объема. Так, плотность популяции лося определяется количеством особей, приходящихся на 10 тыс. га, а для дождевых червей штуки на м². Для популяций микроорганизмов используют количество особей в 1 см³ жидкости. Динамика плотности популяций отражает закономерности взаимоотношений между животными и растениями, как биотическими факторами по отношению друг к другу и зависеть от колебаний абиотических факторов среды. Для каждого вида существуют оптимальные пределы плотности его популяций. Варьирование плотности в каждой популяции зависит от состояния всей экологической системы.

Численность и плотность популяции предопределены как режимом экологических факторов в данное время, так и всем предшествующим развитием данной популяции. Объем популяции определяется емкостью экосистемы для представителей популяции данного вида.

Численность организмов, в экологической системе, не бывает постоянной, а изменяется в некоторых пределах. Знание динамики численности популяций необходимо для прогнозирования возможных отрицательных явлений и управления ими. Численность особей в популяции отражает соотношение рождаемости и смертности определяющих баланс популяции. Если рождаемость выше, чем смертность, то популяция численно растет, и наоборот. Под рождаемостью понимают численно выраженную способность популяции к росту. Она зависит от: числа самок в популяции, количества половозрелых особей, плодовитости, числа поколений в году, условий размножения и др. Насекомые способны давать 3-4 поколения в год, мыши дают 5-6 поколений; теплокровные животные всего 1-2 детенышей. Бактерии и простейшие воспроизводятся в течение нескольких часов. Рождаемость может быть нулевой или положительной величиной, но не может быть отрицательной. Смертность можно выразить в количестве особей, погибших за определенный отрезок времени. Под выживаемостью следует понимать число особей в популяции, доживших до возраста размножения. Теоретически скорость роста популяции в нелимитированной факторами среде характеризуется экспоненциальным законом.

Список литературы

1. Акимова Т.В. Экология. Человек-Экономика-Биота-Среда: Учебник для студентов вузов/ Т.А.Акимова, В.В.Хаскин; 2-е изд., перераб. и дополн.- М.:ЮНИТИ, 2009.- 556 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов.

2. Акимова Т.В. Экология. Природа-Человек-Техника.: Учебник для студентов техн. направл. и специал. вузов/ Т.А.Акимова, А.П.Кузьмин, В.В.Хаскин..- Под общ. ред. А.П.Кузьмина; Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. М.:ЮНИТИ-ДАНА, 2006.- 343 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов.

3. Бродский А.К. Общая экология: Учебник для студентов вузов. М.: Изд. Центр «Академия», 2006. - 256 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для бакалавров, магистров и студентов вузов.

4. Воронков Н.А. Экология: общая, социальная, прикладная. Учебник для студентов вузов. М.: Агар, 2006. - 424 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов.

5. Коробкин В.И. Экология: Учебник для студентов вузов/ В.И. Коробкин, Л.В.Передельский. -6-е изд., доп. И перераб.- Ростон н/Д: Феникс, 2007.- 575с. Лауреат Всеросс. конкурса по созд. новых учебников по общим естественнонауч. дисципл. для студ. вузов. Рекомендовано Минобр. РФ в качестве учебника для студентов вузов.

6. Николайкин Н.И., Николайкина Н.Е., Мелехова О.П. Экорлогия. 2-е изд.Учебник для вузов. М.: Дрофа, 2008. - 624 с. Рекомендован Минобр. РФ в качестве учебника для студентов технич. вузов.

Размещено на Allbest.ru