Основы экологии

1. Совершенствование технологии - создание чистых, безотходных технологий или малоотходных произ-в, обновление основных фондов (на сегодня финансирование недостаточно).

2. Развитие и совершенствование экономического механизма охраны ОС. Чем рачительнее подход к природ. ресурсам и среде обитания, тем меньше требуется энергетических и других затрат.

3. Административно-правовое - применение мер административного пресечения и мер юрид. ответственности за эколог. правонарушения.

4. Эколого-просветительское - гармонизация экологического мышления.

5. Международно-правовое - гармонизация эколог. международных отношений.

Современный этап охраны ОС. Начался на рубеже 1960-70-х гг. основное содержание этапа: 1. Принятие национальных природоохран. законов и создание ведомств (министерств, комитетов, агентств) по контролю за всеми компонентами ОС. В СССР создан комитет по охране ОС в 1987 г., а закон, отвечающий международ. стандартам - в 1991 г. Во многих странах принятию природоохран. законов и активизации «зеленого движения» способствовали эколог. катастрофы. Эколог. болезни (болезнь Минамата в Японии), катастрофическое состояние реки Рейн в ФРГ, Великих озер в США, Чернобыльская катастрофа. Созданные природоохранные ведомства отличались от предыдущих тем, что ориентированы на международное сотрудничество, контроль всех компонентов среды (ранее существовали отдельные ведомства по лесу, воде и т.д.), имели государственный статус. 2. Введение эконом. механизма. По принципу «загрязняющий платит». Согласно этому принципу цена товара или услуги должна полностью отражать издержки произ-ва и стоимость использованных ресурсов, включая ресурсы экологические. Использование воздуха, воды или земли для выброса, сброса, хранения отходов - это то же использование ресурсов, как и использование трудовых и материальных ресурсов. 3. Введение на государственном и межгосударственном уровнях экол-ких стандартов на содержание ЗВ в воздухе, воде, почве, выхлопы автомобилей. 4. Международное сотрудничество в решении глобальных проблем (парник. эффект, кислот. дожди, озон. слой). Заключаются международные соглашения, осущ-ся контроль за их выполнением, вкл-чая санкции за невыполнение.

В рез-те этих мер в развитых странах экол. обстановка начала улучшаться. А грязные произ-ва переносятся в страны «3 мира», где нет эффективного экол. закона и контроля.

Современный экологический кризис характеризуется следующими проявлениями:

- постепенное изменение климата планеты вследствие изменения баланса газов в атмосфере;

- общее и местное (над полюсами, отдельными участками суши) разрушение биосферного озонового экрана;

- загрязнение Мирового океана тяжелыми металлами, сложными органическими соединениями, нефтепродуктами, радиоактивными веществами, насыщение вод углекислым газом;

- разрыв естественных экологических связей между океаном и водами суши в результате строительства плотин на реках, приводящий к изменению твердого стока, нерестовых путей и т.п.;

- загрязнение атмосферы с образованием кислотных осадков, высокотоксичных веществ в результате химических и фотохимических реакций;

- загрязнение вод суши, в том числе речных, служащих для питьевого водоснабжения, высокотоксичными веществами, включая диоксиды, тяжелые металлы, фенолы;

- опустынивание планеты;

- деградация почвенного слоя, уменьшение площади плодородных земель, пригодных для сельского хозяйства;

- радиоактивное загрязнение отдельных территорий в связи с захоронением радиоактивных отходов, техногенными авариями и т.п.;

- накопление на поверхности суши бытового мусора и промышленных отходов, в особенности практически не разлагающихся пластмасс;

- сокращение площадей тропических и северных лесов, ведущее к дисбалансу газов атмосферы, в том числе сокращению концентрации кислорода в атмосфере планеты;

- загрязнение подземного пространства, включая подземные воды, что делает их непригодными для водоснабжения и угрожает пока еще мало изученной жизни в литосфере;

- массовое и быстрое, лавинообразное исчезновение видов живого вещества;

- ухудшение среды жизни в населенных местах, прежде всего урбанизированных территориях;

- общее истощение и нехватка природных ресурсов для развития человечества;

- изменение размера, энергетической и биогеохимической роли организмов, переформирование пищевых цепей, массовое размножение отдельных видов организмов;

- нарушение иерархии экосистем, увеличение системного однообразия на планете.

6. Основные уровни организации живых и биокосных систем. Способность к поддержанию гомеостаза, саморегуляции и эволюции, эмерджентные свойства

Уровни организации живой природы: иерархичность орг-ции жив.материи позволяет условно подразделить ее на ряд уровней. Уровень орг-ции жив.материи - это функциональное место биологической структуры определенной степени сложности в общей иерархии живого. Выделяют след.уровни: 1. молекулярный, 2. клеточный, 3.тканевой, 4. органный, 5. организменный, 6. популяционно-видовой, 7. биоценотический, 8. биосферный.

Предсказать свойства каждого следующего уровня на основе свойств предыдущих уровней невозможно. Такое являение носит название эмерджентность, т.е. наличие у системы особых, качественно новых свойств, не присущих сумме свойств ее отдельных элементов. С другой стороны, знание особенностей отдельных составляющих системы значительно облегчает ее изучение. Таким образом, в науке целесообразно оптимальное сочетание двух подходов к познанию окр.мира - анализа и синтеза. Анализ - расчленение объекта на отдельные составляющие его элементы и их последующее изучение. Синтез - исследование объекта в целом.

Живая материя на земле формируется в виде открытых, саморегулирующихся систем, состоящих из биополимеров - белков и нуклеиновых кислот. В отличие от неживой она обладает определенной совокупностью признаков и свойств, основными из которых являются:

1.клеточная организация;

2.обмен веществ при ведущей роли белков и нуклеиновых кислот, обеспечивающий гомеостаз организма, самовозобновление и поддержание постоянства его внутренней среды.

Живым организмам присущи движение, раздражимость, рост, развитие, ритмичность, размножение и наследственность, а так же приспособляемость к условиям существования - адаптация. Кроме того, они способны поддерживать постоянство своего химического состава и интенсивность обменных процессов. Живая материя состоит из тех же химических элементов (в основном из углерода, кислорода, азота и водорода), что и объекты неживой природы, но в других соотношениях.

Взаимодействуя с окружающей средой, с одной стороны, вся живая материя выступает как целостная система, определенным образом организованная по общим законам, а с другой стороны, любая биологическая система состоит из обособленных, но взаимосвязанных элементов.

Ген, клетка, орган, организм, популяция, биоценоз - главные уровни организации жизни на земле. От биополимеров до биосферы в целом все живое находится в определенной соподчиненности. При этом функционирование биосистем на менее сложном уровне делает возможным существование более сложного уровня. Уровни организации биологических систем отражают иерархию природных систем, при которой меньшие подсистемы составляют большие подсистемы, сами являющиеся подсистемами более крупных систем.

Структурирование организации живой материи в общем происходит на молекулярном, клеточном, тканевом, органном, организменном, популяционном и биосферном уровнях.. экология изучает уровни биологической организации от организмов до экосистем и биосферы в целом.

На молекулярном уровне происходят процессы обмена веществ и передачи наследственной информации. Клетка является элементарной структурой живого организма, способного к самостоятельному функционированию. Ткань представляет собой совокупность единообразных клеток и связанных с ними межклеточных веществ. Орган - это часть многоклеточного организма, выполняющая определенные функции.

Организм - это любое живое существо, которое рассматривается как целостная система, взаимодействующая с внешней средой и представляющая биологический вид, состоящий из сходных, но не похожих друг на друга особей, объединенных единым для всех генофондом, обеспечивающим их способность к размножению в пределах вида. Популяция - это совокупность особей одного вида, способная к самовоспроизведению в изолированном пространстве и во времени. Биоценоз, или экосистема - совокупность совместно обитающих на определенной территории популяций разных видов микроорганизмов, растений и животных. Биосфера - оболочка Земли с живой материей.

Свойства каждого отдельного уровня жизни значительно сложнее и многообразнее предыдущего. Однако предсказать свойства каждого последующего биологического уровня жизни исходя из свойств отдельных составляющих его более низких уровней нельзя, подобно тому, как, например, нельзя предсказать свойства воды исходя из свойств кислорода и водорода. Такое явление называют эмерджентностью; она характеризуется наличием у системного целого уровня организации живой материи особых свойств, не присущих его подсистемам и блокам, а так же сумме элементов, не объединенных системообразующими связями.

7. Учение о популяции. Демографический и генетический состав популяций. Территориальность и коммуникативные механизмы популяций. Основные количественные хар-ки популяций. Динамика популяций и ее типы

Популяция - это совокупность особей одного биолог. вида, населяющее пространство с относительно однородными экол. условиями, имеющих общий генофонд и возможность свободно скрещиваться. По сравнению со временем жизни отдельного организма, популяция может существовать очень долго. Объединение организмов одного вида в популяцию, выявляет их качественно новые св-ва. Популяция явл-ся структурной единицей вида. Биолог. вид - это совокупность особей, обладающих наследственным сходством, способных скрещиваться с образованием плодовитого потомства, приспособленных к определенным условиям жизни и занимающих в природе определенную область-ареал. Пространство, на котором популяция или вид в целом встречается в течение всей своей жизнедеятельности называется ареалом.

Различают первичное (при оплодотворении), вторичное (при рождении) и третичное (в период размножения) соотношение полов. Как правило, при рождении мужских и женских особей бывает примерно поровну, хотя возможны и отклонения. Нередко смертность самцов во время гона и сразу после него бывает повышенной, поэтому доля взрослых самцов в популяции снижается. Установлено, что изменение температуры инкубации яиц крокодилов и черепах заметно влияет на соотношение полов. Возрастной состав популяций организмов разных таксонов очень разнообразен. В популяциях сосны обыкновенной м.б. представлены деревья от предельно старых до самых молодых. Каждой популяции и определенным условиям ее существования свойственны оптимальные соотношения полов и возростной состав. В зависимости от условий сезона, года, места обитания и антропоген. воздействий возрастной и половой состав могут существенно изменяться. При моноцикличном размножении организмы размножаются раз в жизни (поденки, однолетние растения, тихоокеанские лососи), при полицикличном - многократно. Под рождаемостью понимают число новых особей, родившихся за единицу времени, рассчитанное на определенное кол-во ее самок. Смертность выражается в относительном кол-ве погибших по разным причинам особей от первоначального их кол-ва. Различают смертность зигот, эмбрионов, детенышей, самцов и самок, сезонную, возрастную. Выживаемость т.ж. выражается в % выживших на определенный момент особей от первоначального их числа. Согласно Серебровскому вся совокупность генов популяции называется генофондом. Популяции проявляют генетическую неоднородность. Примеры генетического полиморфизма в популяциях: группа крови у птиц, млекопитающих, вкючая чел-ка, полиморфизм окраски яиц и т.д. Генетич. разнообразие популяций, которые размножаются самоопылением и бесполым путем, заметно понижено. Каждая популяция уникальна по своим генетическим, демографическим и экологическим свойствам. Под территориальностью понимают оптимальное распределение особей в среде обитания. Популяции, ведущие оседлый образ жизни распределяются в пространстве равномерно, избегая слишком тесного общения. Для кочующих животных сигналом к смене мест обитания явл-ся сезонные изменения, готовность к рождению потомства, наличие корма, хищники и т.д. Коммуникативные системы обеспечивают обмен сигналами между членами популяций. Это м.б. звуки, запахи, метки на деревьях, пахучие следы. Нередки проявления социальной иерархии (приматы). Социальным преимуществом обладают более крупные или наиболее агрессивные особи. Все это способствует популяциям адаптироваться к разнообразным условиям среды.

Осн. колич. харак-ки популяции - численность, плотность, биомасса, продукция и продуктивность. Абсолютная числ-ть- общее количество особей в популяции. Относительная числ-ть - позволяет следить за динамикой численности, выражается в условных единицах. Плотность - кол-во особей приходящихся на единицу площади или объема. Прирост биомассы популяции за единицу времени называют продукцией. Урожай или продуктивность выражается в биомассе, произведенной популяцией за ед. времени на ед. площади. Динамические показатели характеризуют процессы, протекающие в популяции за какой-то промежуток времени - это рождаемость, смертность, скорость роста популяции.

Рождаемость - число новых особей, появившихся за ед. времени в рез-те размножения. Максимальная рожд-ть - максимальное рождение при отсутствии лимитирующих факторов среды. Фактическая рожд-ть - реальная реализация рождения. Абсолютная рожд-ть - скорость рождаемости. Удельная рожд-ть - отношение скорости рождаемости к исходной числ-ти. Смертность - число особей, погибших за ед. времени, это величина обратная рождаемости. Минимальна смертность - минимально возможная величина смертности. Фактическая смертность - реальная величина смертности. Т.ж. абсолютная и удельная. Скорость роста популяций - изменение числ-ти за ед. времени. М.б. положительной, нулевой и отрицательной. Зависит от рождаемости, смертности и миграции. Большое значение имеют абиотические и биотические факторы, антропогенные. Биотический потенциал - это максимум количества потомков, которое может произойти от одной пары за один год или жизненный цикл. В природе популяция не может расти с предельной скоростью долго.

8. Учение о биоценозе. Границы и экотон, погранич. эффект. Доминанты и эдификаторы. Ярусность, трофические уровни, цепи и сети. Биоразнообразие и его факторы

Биоценоз - это живое сообщество совместно обитающих разновидовых популяций, объединенных участием в круговороте вещ-ва, потоках энергии и информации. Пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом - это часть физико-химической среды, т.е. опред-ная тер-рия со свойственными ей абиатическими факторами среды обитания. Ведущим компонентом в биоценозе явл-ся фитоценоз. Он опред-ет каким будет зооценоз и микробоценоз. Различают видовую, пространственную и экологическую структуру биоценоза. Видовая структура опред-ся видовым разнообразием - это число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и богатые видами биоценозы. Это зависит от возраста сообщества (молодые, беднее, чем зрелые), от благоприятных эколог. факторов - t, влажности, пищевых ресурсов (биоценозы высоких широт, пустынь, высокогорий бедны видами). Высоким видовым разнообразием отличаются экотоны - переходные зоны между сообществами, а увеличение здесь видового разнообразия называется пограничным (опушечным, краевым) эффектом. Экотон богат видами прежде всего потому, что они попадают сюда из всех пограничных сообществ; кроме того, он может содержать и свои характерные виды, которых нет в таких сообществах (лесная опушка). Виды, преобладающие по числ-ти называются доминантными или доминантами данного сообщества. Среди них есть такие, без которых другие виды существовать не могут. Это эдификаторы (строители). Они определяют микроклимат всего сообщества, как правило это растения (ель, сосна, ковыль и лишь изредка - животные (сурки)). Второстепенные виды - малочисленные и даже редкие, тоже очень важны в сообществе. Внутри биоценоза существуют особые структурные объединения - консорции, на основе тесных разноплановых вз/отношений между видами. Можно сказать, что биоценоз - это система связанных между собой консорций. Чаще всего центральными членами консорций явл-ся растения.

Пространственная структура - распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и горизонтали). Пространственная структура образуется, прежде всего, растительной частью биоценоза. Различают ярусность и мозаичность. Прежде всего, четко видно вертикальное ярусное строение в лесах умеренных и тропических поясов. Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток - в верхних ярусах светолюбивые, в нижних - теневыносливые, в самом низу- тенелюбивые растения. В вертикальном направлении так же изменяется и микросреда, т.к. меняется температурный режим, газовый состав, выделение сернистых газов хемосинтезирующими бактериями. Это способствует образованию ярусности фауны - от насекомых, птиц и до млекопитающих.

Потоки вещ-ва и энергии проходят через трофические уровни - это место каждого звена в пищевой цепи. Это продуценты, консументы, редуценты. Продуценты - это автотрофные организмы (зеленые растения, фототрофные и хемотрофные бактерии), используя энергию неорганической природы они создают органич. вещ-во. Консументы - гетеротрофы, питаются готовым орган. вещ-вом. Это животные, грибы, микроорганизмы.

Первый трофический уровень - это продуценты, все остальные консументы;

второй троф. уровень - растительноядные консументы;

третий троф.уровень - плотоядные консументы, питающиеся растительноядными формами;

четвертый троф.уровень - консументы, потребляющие других плотоядных и т.д.

М.б. консументы 1 порядка - растительноядные, 2 порядка - плотоядные животные и паразиты, 3 порядка - более крупные хищники или паразиты.

Редуценты - разлагают органич. вещ-во до неорган. Соед-ний или до более простого орган. К ним относятся микроорганизмы, грибы. В какой-то степени редуцентами м.б. все организмы, т.к. они жизнедеятельны за счет энергии, получаемой при окислении органич. вещ-в. Трофические уровни явл-ся звеньями в пищевой цепи - последовательность организмов, по которой передается энергия, заключенная в пище, от ее первоначального источника.

Два вида трофических цепей - цепи выедания (пастбищные), которые начинаются с поедания фотосинтезирующих организмов и дентритные цепи разложения, которые начинаются с остатков отмерших растений, трупов и экскременто животных. В сообществах пищевые цепи переплетаются и образуют пищевые сети (злаками питаются копытные и грызуны, суслика может съесть лисица, хищная птица и др.). Благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то вида не нарушает равновесия в экосистеме. Но сети и цепи явл-ся путями, по которым распространяются поллютанты, приэтом содержание их может меняться в сторону повышения концентрации.

Биоразнообразие и его факторы.

Биоразнообразие - разнообразие видов свойственных какой-либо части биосферы. Может существенно изменяться на любом уровне. Причины: эволюционные, географические, экологические, антропогенные факторы. Кол-во солнеч. энергии - неравномерное поступление, широтное различие в суммарной биомассе и биоразнообразии. Любой фактор, препятствующий поступлению энергии, приводит к его снижению. Фактор эволюционного времени - с увеличением возраста богаче разнообразие.

Пространственная гетерогенность (92% растений, 93% видов животных на суше; в океане - 7% и 8%).

Фактор конкуренции: чем напряженней внутривидовая и межвидовая конкуренция, тем насыщенней биогеоценоз.

Значение биоразнообразия: чем больше биоразнообразия, тем устойчивее экосистемы; эволюция возможна только за счет естественного отбора, который возможен за счет высокого биораз.; это основа благополучия человека (пища, сырье).

9. Типы отношений в биоценозах (хищник-жертва и др.) и их учет в практике. Учение об экол. нишах. Закон конкурентного исключения Г.Ф.Гаузе. Сукцессия и ее осн. типы

Воздействие одного вида на другой м.б. “+”, “-“, нейтральным. На пищевой основе функционируют несколько типов биоценотических отношений.

При комменсолизме - один из видов (комменсал) получает пользу от сожительства, а другому присутствие первого безразлично (рыбы-прилипалы используют акулу; растения - эпифиты поселяются на деревьях; укрытие в бобровой норе находят мелкие млекопитающие, жабы, жуки).

Мутуализм (облигатный симбиоз) - взаимовыгодное сожительство, когда-либо один из партнеров, либо оба не могут существовать без сожителя. Примером явл-ся симбиоз водоросли и гриба - лишайник. Чел-к и кишеч. палочка; травоядные копытные и целлюлозоразрушающая бактерия. В 90-х гг. английские и канадские ученые пришли к выводу, что в лесах деревья и кустарники помогают друг другу, информация, которая обеспечивает такое вз/действие, передается под землей благодаря грибку микориза, имеющихся на корнях всех растений.

Чел-к должен установить мутуалистические отношения с природой, поскольку он явл-ся гетеротрофом, зависящим от имеющихся ресурсов, а не вести паразитический образ, чтобы не довести эксплуатацию своего хозяина до такой степени, что погубить самого себя.

Нейтрализм- сожительство 2-х видов на одной тер-рии, не имеющих для них ни “+”, ни “-“ последствий (белки, лоси).

Аменсализм - вз/отношения, при которых один организм воздействуя на другой подавляет его жизнедеят-ть, а сам при этом не испытывает ни какого отрицательного влияния со стороны подавляемого (ель и растения ниж. яруса).

Протокоопереция - вз/выгодное, но не обязательное сосуществование организмов пользу из которого извлекают все участники.

Хищничество - вз/отношения при которых один из участников (хищник) умерщвляет другого (жертва) и использует его в качестве пищи (заяц-волк). Встречаются хищные растения (росянка, мухоловка) и почвен. грибы, питающиеся почвенными нематодами. Сверххищник способен съесть более слабого хищника.

Паразитизм - вз/отношения, при которых паразит не убивает своего хозяина, а длительное время использует его как среду обитания и источник пищи ( к паразитам отн-ся вирусы, патоген.бактерии, грибы, простейшие, паразитические черви). Эктопаразиты (клещи, блохи, вши, кровососущие двукрылые); эндопаразиты (гельминты, бактерии). Сверхпаразиты (наездники- паразиты клещей). Различают облигатных и факультативных паразитов. Облигатные - вне организма хозяина либо погибают, либо находятся в неактивном состоянии (вирусы); факультативные - вне организма могут жить нормально во внешней среде (патогенные грибы и бактерии).

Конкуренция - вз/отношения, при которых организмы соперничают друг с другом за одни и те же ресурсы внешней среды при недостатке последних (полового партнера, убежище, свет). Это виды со схожими экологическими требованиями, чем ближе сходство, тем напряженнее конкуренция. Различают прямую, косвенную, межвидовую и внутривидовую конкуренцию. Явление экологического разобщения близкородственных видов получило название принципа конкурентного исключения Гаузе. Ученый экспериментально исследовал конкуренцию 2-х видов инфузорий. Культивирование проходило раздельно и вместе. При раздельном - их числ-ть росла обычно, а при совместном - шла конкурентная борьба, побеждал тот вид, который оказывался в лучших условиях. Т.о. 2 хищника в замкнутом пространстве долго существовать не могут. Т.е. два вида не могут существовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны. Такие виды должны быть разобщены в пространстве и времени.

Рез-том межвидовой конкуренции м.б. либо взаимное приспособление двух видов, либо популяция одного вида замещается популяцией другого вида, а первый должен пересилиться на другое место или перейти на другую пищу. Конкуренция приводит к естественному отбору в направлении увеличения экологических различий между конкурирующими видами и образование ими разных экол. ниш.

Экол. ниша - многомерное экологическое пространство, совокупность условий в которой популяция или вид могут существовать. (Элтон). Любая популяция занимает определенное местообитание - это тер-рия или акватория, с комплексом присущих ей экологических факторов. Экол. ниша - совокупность всех факторов среды в пределах, которой возможно существование вида. Для ее харак-ки используют два показателя: ширина ниши и степень перекрывания ее с соседними. Разделение экол. ниш между видами происходит за счет приурочивания разных видов к разным местам обитания, разной пищи и разному времени использования данного местообитания (принцип Гаузе). Знание экол. ниши позволяет ответить на вопросы, как, где и чем питается вид, чьей добычей он явл-ся, каким образом и где он отдыхает и размножается. Пустующая экол. ниша (на островах, где мало видов). Реализованная ниша - это та часть фундаментальной ниши, которую данный вид в состоянии отстоять в данной борьбе (конкуренция).

Сукцессии - последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией (опустынивание степей, образование болот, зарастание озер). Делят на природные, антропогенные, аутогенные и аллогенные. Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, антропогенные - обусловлены деят-тью чел-ка. Аутогенные сукцессии(самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменение среды под действием сообщества). Аллогенные (порожденные извне) вызваны внешними причинами (напр.:изменение климата). Различают первичные и вторичные сукцесии. Первичные - развиваются на субстрате не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, в новых водоемах). Вторичные - на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана). Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окр. средой, называется климаксным.

10. Учение об экосистемах. Типология экосистем. Круговорот вещества, потоки энергии и информации в экосистемах. Экологические пирамиды. Продуктивность экосистемы и ее факторы

Экосистема - система живых организмов и окружающих их неорганических тел, связанных между собой потоками энергии и круговоротом вещ-в. Экосистема и биогеоценоз - понятия близкие, но не синонимы. Биогеоценоз - это экосистема в границах фитоценоза. Экосистема понятие гибкое. Так к ней можно отнести и пруд и Мировой океан; от пня в лесу и лесного массива, например, тайги. В связи с этим выделяют: микроэкосистемы (подушка лишайника), мезоэкосистемы (пруд, озеро, степь), макроэкосистемы (континенты, океан), глобальная экосистема (биосфера Земли), или экосфера - интеграция всех экосистем мира.

Любой экосистеме свойственен круговорот вещ-в и прохождение через нее потока энергии. Сущность круговорота в образовании живого вещ-ва из неорганич. соед-ний в процессе фотосинтеза и в превращении органич. вещ-ва при разложении вновь в неорганич. соединение. Энергия передается от организма к организму, создающих трофическую цепь: от автотрофов, продуцентов к гетеротрофам, консументам и так 4-6 раз с одного трофического уровня на другой. В наземных экосистемах хим. вещ-ва извлекаются растениями и входят в состав их тел. Часть растительной массы (менее 10%) потребляется консументами, а остальная (свыше 90%) поступает в дендритные пищевые цепи - это опад, сухостой, валежник. Продукты жизнедеят-ти продуцентов, консументов и редуцентов (вода, газы, неорганические и простые органич. вещ-ва) оказываются во внеш. среде и вновь вовлекаются в круговорот вещ-ва. Фитомасса суши обновляется в среднем каждые 14 лет. В лесах скорость круговорота вещ-в значительно ниже, чем в луговых сообществах, т.к. деревья живут десятки и сотни лет. В морских экосистемах, где среди продуцентов велика доля фотосинтезирующих бактерий и одноклеточных водорослей с коротким жизненным циклом, круговорот вещ-в происходит еще быстрее. Биомасса Мирового океана - за 33 дня, фитомасса - за 1 день. В круговорот вещ-в в экосистеме часто добавляются вещ-ва, попадающие сюда из вне. Происходит биологическое накопление. Примером явл-ся концентрирование радионуклидов и пестицидов в трофических цепях. Более известна способность биологического накопления у ДДТ, которые использовались для борьбы с вред. насекомыми. Одум привел пример гибели птиц, питающихся гидробионтами, хотя опыляли комаров. И хотя доза была ниже смертельной, яд накапливался в жировых отложениях рыб и птиц, что если и не приводило к гибели, но препятствовало образованию скорлупы, а это могло привести к уничтожению целой популяции.

Передача энергии, заключенная в пище, в экосистеме осущ-ся однонаправлено от автотрофов к гетеротрофам. На входе в систему поступает поток солнеч. энергии. На 1-ом трофическом уровне зелеными растениями поглощается около 50% солнечной энергии. Часть её преобразуется в энергию хим. связей органич. вещ-ва - это валовая первичная продукция. Большая часть поглощенной энергии рассеивается в окр. среду в виде тепловой энергии, часть - затраты на дыхание. Оставшаяся часть составляет прирост биомассы растений - это чистая первичная продукция, т.е. в неё превращается только 1% поглощенной растениями энергии. До 2-ого троф. уровня доходит только часть чистой первичной продукции. Некоторая её часть не используется консументами, она может накапливаться или экспортироваться за пределы экосистемы. Часть употребленной энергии тратится частично на дыхание, частично выделяется с экстриментами, а остальная накапливается в виде вторичной продукции, которая на каждом последующем трофическом уровне составляет около 10% предыдущей. В рез-те чем длиннее пищевая цепь, тем меньше остается к её концу накопленной в органич. вещ-ве энергии. Поэтому число трофических уровней не бывает слишком большим.

Пищевые цепи можно представить в виде экологических пирамид.

Пирамида чисел (пирамида Элтона) отражает уменьшение численности организмов от продуцентов к консументам. Для уравновешивания массы большого тела необходимо много маленьких тел. Пирамида биомасс - показывает изменение биомасс на каждом трофич. уровне. Суммарная масса растений превышает массу всех травоядных, а их масса превышает всю биомассу хищников. Для экосистемы океана характерно накапливание биомассы на высоких уровня у хищников. Хищники живут долго и скорость оборота их генераций мала, но у фитопланктона, оборачиваемость в сотни раз превышает запас биомассы. Более совершенным отражением влияния трофических отношений на экосистему явл-ся пирамида продукции (энергии), имеет универсальный характер и отражает уменьшение кол-ва энергии, содержащейся в продукции, создаваемой на каждом трофич. уровне. Т.е. отражает законы расходования энергии в трофических цепях.

Биологическая продуктивность экосистемы - это прирост биомассы в экосистеме, созданной за единицу времени. Различают первичную и вторичную продукцию сообщества. Первичная продукция - биомасса, созданная за единицу времени продуцентами. Она делится на валовую и чистую. Валовая первичная продукция - это общая биомасса, созданная растениями в ходе фотосинтеза. Часть её расходуется на поддержание жизнедеят-ти растения - затраты на дыхание, оставшаяся часть - чистая первичная продукция, которая в дальнейшем используется консументами и редуцентами, или накапливается в экосистеме. Вторичная продукция - биомасса, созданная за единицу времени консументами. Самой высокой биомассой и продуктивностью обладают тропические дождевые леса, самой низкой - пустыни и тундры. Если в экосистеме скорость прироста растений выше темпов переработки её консументами и редуцентами, то это ведет к увеличению биомассы продуцентов, происходит накопление мертвого органич. вещ-ва, что ведет к заторфовыванию болот, образованию мощной лесной подстилки и т.д. В стабильных экосистемах биомасса остаётся постоянной, т.к. практически вся продукция расходуется в целях питания.

11. Особ-ти экосистем разных видов. Динамика и относительные гомеостаз. Экол. русла. Климаксные и вторичные экосистемы. Устойчивость экосистем

Экосистема - это система живых организмов и окружающих их неорганич. тел, связанных между собой потоками энергии и круговоротом вещ-в. В зависимости от природных и климатических условий можно выделить типы природных экосистем - биомов. Биом - совокупность различных групп организмов и среды их обитания в определенной ландшафтно-географической зоне. Общебиосферной закономерностью явл-ся горизонтальная зональность (закон зональности: все компоненты природы и прир. комплексы изменяются в направлении от полюсов к экватору), которая будет определяться конкретным климатическим фактором соответствующей зоны. Наиболее крупные зональные подразделения - географические пояса. Они отличаются друг от друга температурными условиями, особенностями циркуляции атмосферы, почвенно-растительным покровом, животным миром. Пояса протягиваются в широтном направлении. Внутри поясов по соотношению тепла и влаги выделяют природные зоны. Названия которых определяется по преобладающему типу растительности. Кроме горизонтальной зональности климата в масштабе всего Земного шара наблюдается - высотная в горных системах. У подножия горной системы климат соответствует данной общегеографической зональности, при движении вверх, в горы пояса будут меняться, как при движении с юга на север. Причины: понижение температуры - на 0,6 каждые 100 м подъема, уменьшение с высотой радиационного баланса; увеличение осадков; меняется соотношение тепла и влаги. Отличия: присутствие в горах особого пояса субальпийских и альпийских лугов, которого нет на равнинах; в размерах (высотная меньше, чем широтная). Количество поясов в горах зависит от их местоположения и высоты.

Наземные экосистемы:

Тундра: арктическая и альпийская; тайга (бореальные хвойные леса); широколиственные леса; степь умеренной зоны; чапараль (дождливая зима, засушливое лето); тропические степи и саванны; пустыни; полувечнозеленый тропический лес; вечнозеленый тропический дождевой лес.

Водные экосистемы: пресноводные и морские. Распределение организмов зависит от степени освещенности. Выделяют литоральную зону, где солнечный свет доходит до дна; лимническую - проникает 1% света, затухает фотосинтез; профундальная - не проникает свет.

Пресноводные экосистемы делятся на 3 группы:

1. Лентические экосистемы- озера, пруды, водохранилища (стоячие воды);

2. Лотические - родники, ручьи, реки - текучие воды;

3. Заболоченные участки - болота, с колеблющимся уровнем по сезонам и годам.

Пресноводные экосистемы для человека имеют большое значение, т.к. это единственный источник бытовых и промышленных вод, удобная и дешевая система переработки отходов, уникальные термодинамические св-ва воды, способствуют уменьшению температурных колебаний среды. Морская среда занимает более 70% поверхности Земного шара. В отличии от суши и пресных вод, он непрерывна. В океане практически отсутствую абиотические зоны, барьерами для передвижения животных явл-ся температура, соленость, глубина. Барьеры делятся на типы: область континентального шельфа, районы апвелинга, устья рек, лиманы, открытый океан, рифтовые зоны. В прибрежной зоне велика роль приливов, они обуславливают периодичность в жизни сообществ. Характерна устойчивая щелочная среда: рН=8.2, но соотношение солей и сама соленость изменятся (заливы устьев рек прибрежной зоны- соленость колеблется по сезонам).

Антропогенные экосистемы - агроэкосистемы, урбосистемы. Агроэкосистемы ( агроценозы, сельскохозяйственные) - искусственные, возникающие в следствии с/хоз. деятельности человека (пашни, сенокосы, пастбища). Создаются для получения высокой чистой продукции. В них т.ж., как в естественных, имеются продуценты (культурные растения и сорняки), консументы (насекомые, птицы, мыши), редуценты (грибы и бактерии). Обязательным звеном пищевых цепей явл-ся человек.

Отличия от естественных биоценозов:

- незначительное видовое разнообразие;

- короткие цепи питания; неполный круговорот вещ-в (часть питательных элементов выносится с урожаем);

- источником энергии явл-ся не только солнечная энергия, но и деятельность человека (мелиорация, орошение, удобрение);

- искусственный отбор (отбор осуществляет человек); отсутствие саморегуляции (осуществляет человек).

Т.о. агроценозы - неустойчивые системы и способны существовать только при поддержке человека.

Урбосистемы - искусственные системы, возникающие при развитии городов. Выделяют промышленные зоны, где сосредоточены промышленные объекты, это основные источники загрязнения ОС. Селитебные зоны - жилые и спальные районы. Рекреационные зоны - лесопарки, базы отдыха.

Транспортные системы и сооружения- автомобильные и железные дороги, гаражи, аэродромы и т.д. Существование урбосистем поддерживается за счет агроэкосистем и энергии горючих ископаемых.

Гомеостаз - способность биологических систем противостоять изменения и сохранять равновесие. Экосистема - это саморегулирующая система, за счет управляющих механизмов. Один из них система «хищник-жертва» осуществляется за счет положительных и отрицательных связей.

“+” обратная связь (усиливает отклонение) увеличивает чрезмерно популяцию жертвы.

“-“ обратная связь (уменьшает отклонение) ограничивает рост популяции жертвы за счет увеличения популяции хищника. Это процесс коэволюции (выроботка взаимной адаптации, обоюдная эволюция), т.к. в этой связке развиваются взаимные адаптационные процессы. Если в эту систему не вмешивается человек (уничтожение хищников), то начнут преобладать положительные связи, что может привести к гибели системы. Наиболее устойчивые крупные экосистемы, самая стабильная - биосфера, а наиболее не устойчивы молодые. Т.к. в больших экосистемах развит саморегулирующий гомеостаз за счет взаимодействия круговоротов вещ-в и потоков энергии.

Динамика экосистемы. Изменение в экосистемных сообществах м.б. циклическими и поступательными. Циклические - периодические изменения, при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Суточные циклы - связаны с изменение температуры, света, влажностью, изменением состояния и активности организмов.

Сезонная цикличность - изменение экологического фактора в течении года и количественное соотношение отдельных видов. На определенный период некоторые группы или даже целые популяции впадают в спячку. Это в слабой форме выражено даже в тропических лесах.

Многолетняя цикличность - проявляется благодаря флуктуации климата или другими внешними факторами. Изменение численности биоценоза, вызванная повторяющимися засухами или неравномерным выпадением осадков по годам (повторение массовых размножений - саранчи), м.б. связана с особенностями развития растений - эдификаторов (буковый лес, из-за плотной кроны плохое развитие растительности нижних ярусов, но как только бук упадет - бурный рост молодых деревьев и крона восстанавливается. Происходит обновление букового леса. Поступательное изменение - это изменения, приводящие к смене одного сообщества другим.

Сукцессии - последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества. Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией (опустынивание степей, образование болот, зарастание озер). Делят на природные, антропогенные, аутогенные и аллогенные. Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, антропогенные обусловлены деятельностью человека. Аутогенные (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменение среды под действием сообщества). Аллогенные (порожденные из вне) вызваны внешними причинами (изменение климата). Различают первичные и вторичные сукцесии. Первичные - развиваются на субстрате не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, в новых водоемах). Вторичные - на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана). Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на ед. энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, наз климаксным. Развивающееся сообщество преобразует и само место обитания.

Экол. русла - это линейно вытянутые образования, через кот. распространяются организмы. Они м.б. естеств.(перешейки, речные русла) и искусств.(мосты, авто и жел. дороги, насыпи, каналы).

12. Биосфера как среда жизни. Учение В.И. Вернадского о биосфере. Фотобиос и хемобиос. Круговорот вещ-ва, потоки энергии и информации как механизмы интеграции и гомеостаза биосферы. Ноосфера и техносфера, их коадаптивное развитие

Биосфера (биос-жизнь, сфера-шар) - сложная наружная оболочка Земли, населенная организмами, составляющими в совокупности живое вещ-во планеты. Биосфера имеет определенные границы. Она занимает нижнюю часть а/сферы, верхние слои литосферы и всю гидросферу. Границы условны. Как и любая экосистема, состоит из абиотической и биотической части.

Абиотич. часть представлена:

1. почвой и подстилающими её породами до глубины, где в них еще есть живые организмы.

2. а/сферным воздухом до высоты, где еще встречается жизнь.

3. водной средой океанов, рек, озер.

Биотич. часть - состоит из живого вещ-ва, по которым Вернадский понимал всё количество живых организмов планеты как единое целое. Его хим. состав подтверждает единство природы - оно состоит из тех же элементов, что неживая природа. Живое вещ-во образует очень тонкий слой в общей массе геосфер Земли. Но это живое вещ-во встречается практически повсюду (в настоящее время нет лишь в области обширных оледенений и в кратерах действующих вулканов). Благодаря приспособляемости организмов, они могут существовать как при низких и высоких температурах, так и в вакууме. Широк диапазон химических условий среды - от жизни в уксусе до жизни под действием ионизирующей радиации.

Энергетическая функция биосферы - накопление и использование энергии Солнца, формирование потоков энергии. Трофические уровни, пищевые цепи и сети биоценозов - это звенья потоков вещ-ва и энергии, которые объединяют подсистемы экосистем в единое целое. Все организмы, живущие за счет энергии Солнца называются фотобиосом. Организмы, использующие химич. энергию, составляют хемобиос. 1% энергии биосферы приходится на хемобиос, остальное - на фотобиос.

Важнейший компонент биосферы - почвы; наряду с Мировым океаном оказывают решающее влияние на всю экосистему в целом. Почвы обеспечивают питание биогенными вещ-вами растения, которые кормят весь мир гетеротрофов. Является граничным слоем между а/сферой и биосферной частью литосферы. В нем наблюдается не просто смешение живого и неживого компонентов природы, но и их вз/действие в рамках почвенной экосистемы. Глав. значение - обеспечение круговорота вещ-в в биосфере.

Круговорот вещ-в. Биосфера - открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне. Осн. источник - Солнце. В отличие от количества солнечной энергии, количество атомов вещ-ва на Земле ограничено. Круговорот вещ-в обеспечивает неисчерпаемость отдельных атомов хим. элементов. Можно выделить геологический, биологический и антропогенный круговорот.

Геологический круговорот - круговорот вещ-в, движущей силой которого явл-ся экзогенные (процессы под влиянием энергии Солнца) и эндогенные (под влиянием внутренней энергии Земли) геологические процессы. Биологический (биохимический круговорот (малый)) - движущей силой явл-ся деят-ть живых организмов. Он совершается в пределах биосферы. Глав. источником энергии круговорота явл-ся солнеч. энергия, которая порождает фотосинтез. Органич. вещ-ва синтезируются автотрофами из неорганич. вещ-в. Затем они потребляются гетеротрофами. После гибели организмов вещ-ва подвергаются минерализации, т.е. превращаются в неорганические.

В биохимических круговоротах различают:

1. резервный фонд - это часть вещ-ва не связанная с живыми организмами,

2. обменный фонд - меньшая часть вещ-ва, связанная прямым обменом между организмами.

Если же рассматривать биосферу в целом, то в ней можно выделить:

1. Круговорот газообразных вещ-в с резервным фондом в атмосфере и гидросфере (круговороты С,О,N);

2. Круговороты осадочного типа с резервным фондом в земной коре (фосфора, кальция, железа).

Круговороты газового типа более совершенны, т.к. обладают большим обменным фондом, а значит, способны к быстрой саморегуляции. Круговороты осадочного типа более инертны, т.к. основная масса вещ-ва содержится в «недоступном» живым организмам виде. В связывании и запасании солнеч. энергии в рез-те фотосинтеза, заключается основная планетарная функция живого вещ-ва на Земле. Фитомасса суши обновляется в среднем каждые 14 лет. В лесах скорость круговорота ниже, чем в луговых сообществах. Биомасса Мирового океана - в среднем за 33 дня, а фитомасса - за 1 день. Подсчитано, что каждый атом углерода за последнии миллиард лет участвовал в циклах круговорота вещ-в в среднем 10 тыс. раз.

Биосфера выполняет ряд глобальных функций - энергетическая, геосферная, гомеостатическая.

Геосферная ф-я - это деят-ть живых систем, которые участвуют в круговороте вещ-ва, в формировании а/сферы, озон. слоя, в геологических процессах. Вернадский считал живую материю ведущей геологической силой Земли.

Гомеостатическая ф-я - осущ-ся всеми ее сферами и их вз/действием; основывается на прямых и обратных сигнальных связях. Распространение сигналов - это тоже часть информационных систем и потоков биосферы. Живые системы преобразуют среду обитания, делая ее пригодной для других живых форм. Биосфера способна восстанавливаться и обновляться после различных катастроф и катаклизмов, что способствует эволюции. Содержание СО2 в а/сфере в геологической истории не было постоянным - происходили многократные циклические изменения. При повышении СО2 происходило глобальное потепление, вызывающее усиленный рост фотосинтетиков и ускоренному связыванию СО2. Его снижение влекло похолодание и сокращению фотосинтеза.

Первым термин «биосфера» применил Э.Зюсс.

Но заслуга создания целого учения принадлежит Вернадскому. По его представлению, биосфера включает:

- живое вещ-во (все живые организмы);

- биогенное ( уголь, известняк, нефть и др.);

- косное ( в его образовании живое не участвует, магматические горные породы);

- биокосное (создается с помощью живых организмов);

- радиоактивное вещ-во, вещ-во космического происхождения (метеориты и др.);

- рассеянные атомы.

Все эти 7 различных типов геологически связанны между собой.

Сущность учения - в признании исключительной роли «живого вещ-ва», преобразующий облик планеты. Именно живые организмы улавливают и преобразуют лучистую энергию Солнца и создают бесконечное разнообразие нашего мира. Вернадский разработал представление об организации биосферы, т.е. о согласованном вз/действии живого и неживого, взаимной приспособляемости организма и среды. Обосновал представления о формах превращения вещ-ва, путях биогенной миграции атомов, накоплении хим. элементов, о движущих факторах развития биосферы. Важной частью учения Вернадского явл-ся представления о её возникновении и развитии.

Идеи Вернадского об эволюции биосферы:

1. никогда не наблюдалось в условиях Земли зарождение живого от неживого,

2. в геологической истории нет эпох, в которые бы отсутствовала жизнь,

3. современное живое вещ-во генетически родственно всем прошлым организмам,

4. в современную эпоху живое вещ-во так же влияет на химический состав земной коры, как и в прошлые эпохи,

5. существует константное количество атомов, захваченных в данный момент живым вещ-вом,

6. энергия живого вещ-ва есть преобразованная, аккумулированная энергия Солнца.

В целом учение заложило основы современных представлений о вз/связи и вз/действии живой и неживой природы. В наши дни оно служит естественной научной основой рационального ПП и охраны ОС. Вернадский развил представление о переходе биосферы в ноосферу, т.е. в такое состояние, когда развитие биосферы будет управляться разумом человека. По убеждению ученого, биосфера вступает в новую стадию своего развития - стадию ноосферы - это сфера разума, высшая стадия развития биосферы, когда разумная человеч. деят-ть становится главным определяющим фактором её развития. Кроме понятия ноосфера часто употребляют понятие «техносфера» - часть биосферы, преобразованная технической деят-тью чел-ка. Это понятие используют, когда хотят подчеркнуть вещественную сторону отношений чел-к - природа, а т.ж. то, что на настоящем этапе хоз. деят-сть чел-ка не на столько разумна, чтобы говорить о ноосфере.