reforef.ru 1
Экология


Литература:


  1. П. И. Коробкин, А. Е. Передельский, «Экология», Феникс, Ростов на Дону 2001-2008г.

  2. Т. А. Акимова, В. В. Каскин «Экология учебник для ВУЗов»

  3. В. М. Гарин, И. А. Коленова, В. И. Колестников «Экология для технических ВУЗов»

  4. Журналы

    1. Экология и промышленность;

    2. Инженерная экология;

    3. Известия академии промышленной экологии;

    4. Экология и безопасность;



Введение в экологию

  1. Экология как наука;

  2. История развития экологии;

  3. Структура, предмет и объект изучения экологии;

  4. Основные законы и термины экологии;

  5. Экологический кризис и пути выхода;


Экология как наука;


Термин экология ввел Эрнст Геккель в 1866г.

«Под экологией можно понимать сумму знаний относящуюся к экологии»

Экология [наука о доме] – учение, изучающее связи организмов с окружающей средой. Природа этих взаимодействий различна.

Экология – сумма человеческого знания, включающая в себя комплекс научных дисциплин, изучающих возникновение биологических систем различного уровня организации между собой и средой обитания.

Нравственный закон поведения человека в мире.

История развития экологии;


Интерес к экологии уходит корнями в глубокую древность такие мыслители античности как Аристотель 332г до н.э., Плиний старший 50г н.э., серьезно занимались такими вопросами как:

  1. Классификация почв;

  2. Классификация живых организмов;

  3. Предрасположенность к местам обитания;

  4. Способу и времени обитания.

Три этапа развития экологии:
  1. Античность – 60е годы 19века – в этот период происходит обобщение накопленных знаний, осуществляются первые открытия, формируется определенная база данных.


Представители: Лепехин, Крашенинников.

  1. 60е годы 19 века – 50е годы 20 века – формирование Экологии как отдельной науки.

Представители: Докучаев, Сукачев, Северцев.

Разрабатываются и формируются первые законы экологии.

1877г. – немецкий ученый Мебиус вводит понятие биоценоза.

Дарвин вскрывает основы взаимоотношений организмов со средой.

Гекель дает определение термину Экология и выводит ее в отдельную область знаний.

  1. 50е годы 20 века – наши дни – экология становится комплексной наукой.

Вернадский создает учение о биосфере.

Адамс – первая экологическая сводка.

1935г. – вводится термин экосистема.

Сухачев вводит понятие биоценоз.

Предметом изучения экологии является совокупность или структура взаимосвязей организмов между собой и средой обитания. Главным объектом в изучении экологии является экосистема.

Структура, предмет и объект изучения экологии.





Основные законы и термины экологии.


1871 – американский ученый Барри Коммонер, обобщив и проанализировав экологический данные накопленные на тот момент времени, сформулировал 4 экологических закона, которые являются универсальными:

  1. Природа знает лучше (человеку не следует вмешиваться в законы природы, не следует нарушать естественный ход событий);

  2. Все должно куда-то деваться;

  3. Все связанно со всем (отражает всеобщую взаимосвязь вещества и энергии);

  4. Ничто не дается даром.

Организм – это любая биологическая система, состоящая из отдельных звеньев функционирующая как единое целое.

Биологический вид – качественно обособленная форма живого вещества основная единица эволюционного процесса, сформировавшая специфические экологические ниши в экосистеме.


Популяция – совокупность особей одного вида имеющих общий генофонд, способных свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство и отделившиеся от других аналогичных совокупностей определенной степенью какого-либо фактора.

Биотоп – относительно однородный по биотическим факторам среды участок суши или водоема, занятый одним биоценозом.

Биоценоз – взаимосвязанная совокупность грибов, растений, животных населяющих однородный по биофакторам среды участок суши или водоема.

Экосистема – единый природный или прородно-антропогенный комплекс, в котором живые или косные компоненты связанны причинно-следственными связями, особым типом питании и распределения энергии.

Продуценты – организмы автотрофы и химотрофы, которые из минеральных веществ, при участии солнечной энергии и химических соединений синтезируют органическое вещество. К ним относятся растения и некоторые бактерии.

Консументы – орагинизмы, которые питаются готовыми органическими веществами, но в процессе своей жизнедеятельности не доводят их до простых минеральных составляющих.

Редуценты – орагинизмы, которые питаются готовыми органическими веществами, в процессе своей жизнедеятельности доводят их до простых минеральных составляющих (микроорганизмы, грибы).

Экологический кризис и пути выхода.


Экологический кризис – это такое состояние между экономикой и природой при котором отношения обострены до предела, а способность экосистемы к геомеостату снижена до «0».

Путы выхода:

  1. Экологизация производства;

  2. Экономизация;

  3. Правовое регламентирование;

  4. Международное сотрудничество;

  5. Экологическое образование.

Среда обитания

  1. Понятия о среде и факторах среды обитания.

  2. Классификация факторов среды.

  3. Закономерности взаимодействия факторов среды.

Понятия о среде и факторах среды обитания.

Под средой обитания понимают природные тела и явления, с которыми организм прямо или косвенно вступает во взаимоотношения. Как правило, выделяют три среды обитания, освоенные организмами соответственно минеральным оболочкам:


  1. Атмосфера;

  2. Гидросфера;

  3. Литосфера – почва, с приповерхностными слоями горных пород;

Четвертой средой являются сами живые организмы с населяющими их паразитами и симбионтами.

Среда обитания любого организма слагается из множества элементов органической и не органической природой, а так же привносимых человеком и его производственной деятельностью. В этом смысле можно говорить о природной среде, производственной, бытовой среде и так далее. При этом одни элементы могут не оказывать никакого влияния на организм, другие жизненно необходимы, третьи оказывают отрицательное влияние. Отдельные элементы и свойства среды обитания, на которые организм реагирует приспособительными реакциями или адаптациями, называются факторами среды или экологическими факторами. Все адаптации организмов существованию в различных условиях и средах обитания, как правило, обусловлены, ходом эволюционного процесса. В результате, которого сформировались специфические для каждой географической зоны экологические группы организмов.

Классификация факторов среды


Многообразие экологических факторов подразумевают их сложную, многообразную классификацию. Их можно классифицировать на биотические, абиотические по времени по происхождению, по очередности, по среде возникновения. Традиционно выделяют:

  1. Абиотические факторы – факторы не живой природы.

    1. Климатические – температура, влажность, освещенность и т.д.;

    2. Гидрологические – течение уровень залегания вод;

    3. Геологические – рельеф и т.д.

    4. Эдофические – почвенные факторы, строение состав свойства почв.
  2. Биотические факторы – факторы живой природы (если влияние этих факторов осуществляется со стороны растений, они называются – фитогенные, например: явление аллелопатии, если со стороны животных – зоогенные, например: явление зоофории);


  3. Антропогенные факторы – факторы человеческой деятельности. В настоящее время ни один из человеческих факторов не оказывает столь мощного планетарного воздействия как человеческая деятельность. Основными направлениями негативного влияния человека считаются – разрушение мест обитания, загрязнение, чрезмерная эксплуатация природных ресурсов, интродукция, акклиматизация. Влияние антропогенного фактора может быть сознательным и неосознанным, а так же прямым и косвенным. Определенный интерес представляет классификация факторов среды по направленности действия. Выделяют 4 группы факторов в данном случае:

  1. Факторы, действующие со строгой периодичностью (например: смена времени суток, сезонов года, приливно-отливные явления и тд.) фактором этой группы организмы адаптированы в наибольшей степени так как их влияния сопровождало организмы на протяжении всей их эволюции, поэтому эти факторы, как правило, генетически физиологически обусловлены;

  2. Факторы, действующие без строгой периодичности, но повторяющиеся время от времени (например: наводнение, ураганы, смерчи, цунами, и тд.) у организмов нет механизма адаптации к факторам этой группы. Но в ходе эволюции у многих организмов выработались механизмы позволяющие предчувствовать наступление определенного фактора и покинуть опасную территорию.

  3. Факторы, действующие без строгой периодичности и в тоже время неопределенно – факторы человеческой деятельности (Например: применение удобней, ядохимикатов, военные действия и тд.) этой группе факторов организмы адаптируются сложнее всего, так как в ходе своей эволюции организм не встречался с воздействием этого фактора и у него просто отсутствуют механизмы адаптации.
  4. Факторы, действующие в одном направлении или факторы направленного действия (например: зарастание водоема, потепление климата) такие факторы действуют постепенно на протяжении относительно длительного времени. Поэтому у организмов есть время и возможность адаптироваться к воздействию этих факторов. Под адаптацией понимают комплекс морфофизеологических и поведенческих особенностей особи, вида, популяции. Обеспечивающих успех в конкурентной борьбе с другими особями, видами, популяциями. И устойчивость к воздействию комплекса абиотических факторов.

Классификация факторов среды.


Любой организм, развиваясь и существуя в составе экосистем подчиняются действию определенных законов в некоторой степени универсальных для всего живого.

Закон минимума (закон лимитирующих факторов).


Сформулировал Юстос Любион

Гласит – вещество, находящееся в минимуме определяется урожай его величина и устойчивость во времени.

Фактор, находящийся в качественном или количественном отношении близким к пределам выносливости организма, называется ограничивающим или лимитирующим. Закон лимитирующих факторов – фактор, находящийся в избытке или недостатке ограничивает проявление других факторов, даже тех которые находятся в оптимуме.

Закон оптимума – для каждого организма или определенной стадии его развития существуют оптимальные значения какого-либо фактора.


Зоны угнетения



Зона оптимума



Законы независимости или равнозначности факторов (В. Р. Вильямс) – один фактор может усиливать или ослаблять действия другого фактора но не один фактор не может заменить действие другого фактора в этом смысле они равнозначны и невзаимозаменяемые.

Закон толерантности Шелфорда – невозможность или отсутствие процветание организма, определяется недостатком или избытком одного или ряда факторов. Находящихся в юлизи пределов переносимых организмом. Минимальный или максимальный предел называют предел толерантности или экологической пластичностью или экологической валентностью. Если для жизни организма требуются условия с узким по величине диапазона факторов какие организмы называются стнобионтами. Организмы существующие в широком диапазоне какого либо фактора называются – эврибионтами.






стнобионтами

эврибионтами

Закон экологической стойкости ламота применим к любому экологическому фактору, гласит – величина минимального интервала характеризует величину стойкости организма, то есть величину его толерантности к этому фактору или экологическую валентность.


Нижний порог стойкости

Верхний порог стойкости

Оптимальный интервал




У видов с широким географическим распространением обитатели географических или климатических зон часто оказываются, приспособлены наилучшим образом именно к тем природным условиям, которые характерны для данной местности. Это связанно со способностью некоторых организмов образовывать местные локальные формы или экотипы, характеризующиеся разнообразными границами стойкости к температуре свету и другим факторам.

Фотопериодизм – ритмические изменения морфологических, биохимических, физических свойств и функций организма под влиянием чередования и продолжительности освещения. Способность организма реагировать на длину светового дня называют фотопериодической реакцией. Фотопериодизм играет большую роль в географическом распределении организмов и в регуляции их сезонного развития.

Популяционный уровень организации живого вещества


  1. Статические показатели популяции;

  2. Динамические показатели популяции;

  3. Продолжительность жизни;

  4. Динамика роста численности популяции;

  5. Экологические стратегии выживания;



Статические показатели популяции.


Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида более или менее изолированная в пространстве и времени изолированная от других аналогичных одного и того же вида.

Это та ячейка бионты, которая является основой ее существования. В ней происходит самовоспроизводство живого вещества благодаря наследственности адаптационных качеств. Она дает начало новым популяциям и процессам видообразования, то есть является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид – есть его качественный этап. Важнейшими являются количественные характеристики популяции, которые позволяют решить большинство вопросов качественного характера. Выделяют две группы количественных характеристик – статические и динамические. Статические показатели характеризуют состояние популяции на данный момент времени. К важнейшим из них относятся численность, плотность, и показатели структуры популяции.

Численность – это количество или поголовий особей или организмов в пределах некоторой пространственной единицы – ареала, бассейна реки, акватории моря, района.

Плотность – это число особей, приходящихся на единицу площади или объема.

Из показателей структуры обычно выделяют:

  1. Возрастной, то есть соотношение особей различных возрастов;

  2. Половой – соотношение особей различных полов;

  3. Размерный – соотношение особей разных размеров.

При этом выделяют пространственную и этологическую, или поведенческую структуру популяции.

Численность различных организмов определяется различными способами:

  1. Численность гидробионтов определяется отлов специальными сетями или емкостями.

  2. Численность человеческой популяции определяется путем переписи.

  3. И т.д.

Численность определяется без учета неравномерности распределения вида особи на единицу площади или объема. То есть получаем среднюю плотность организмов на единице площади или объема.


Каждый живой организм вынужден соблюдать баланс энергии, который затрачивает на добычу пищи, охрану территории, рост, развитие и получение новой пищи.

При сокращении кормовой базы животное расширяет свою территорию, такое поведение называется территориальным.

Чем крупнее животное, тем большая площадь для добычи пищи ему нужна. Чем больше размеры особи – тем меньше площадь популяции.

У немигрирующих животных территориальные границы стабильны. У некоторых видов определить границы довольно трудно, например, у перелетных птиц.

Возможность расселения ограничивают биотические и абиотические факторы. Из биотических это, прежде всего, давление хищников и конкурентов, а также нехватка пищевых ресурсов. Влияние абиотических факторов определяется толерантностью, факторов.

Динамические показатели популяции


Динамические показатели популяции характеризуют процессы, происходящие в популяции за какой-то промежуток времени. Важнейшими факторами при изучении популяции являются:

  1. Рождаемость;

  2. Смертность;

  3. Скорость роста популяции;

Рождаемость, или скорость рождаемости – это число особей, рождающихся в популяции за единицу времени.

Смертность, или скорость смертности – это число особей, погибших в популяции за единицу времени зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости.

Увеличение численности зависит от количества рожденных и эмигрировавших особей, а уменьшение численности – от количества погибших и эмигрировавших. Рождаемость, или скорость рождаемости выражается отношением числа родившихся особей к определенному промежутку dt.

При сравнении пользуются величиной удельной рождаемости.

Смертность – величина обратная рождаемости, но измеряется в тех же величинах, и рассчитывается по аналогичной формуле. Скорость изменения численности популяции, то есть ее увеличение или уменьшение можно представить как изменение dN за dt, а при dt->0 ее можно определить как мгновенную скорость изменения численности популяции. Величины рождаемости и смертности по определению могут иметь только положительное значение или равное нулю. Анализ уравнения показывает, что b=d и r=0 и популяция находится в стационарном состоянии. Наблюдается снижение популяции на данном отрезке времени.

Продолжительность жизни.


Продолжительность жизни вида зависит от условий или факторов жизни.

Различают физиологическую или максимальную продолжительность жизни. Физиологическая продолжительность – это такая продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими возможностями организма. Теоретически она возможна, если допустить что на организм на протяжении всей его жизни не оказывают влияния лимитирующие факторы.

Максимальная – это такая продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая доля особей в реальных условиях среды. Эта величина изменяется в широких пределах, от нескольких минут у бактерий до тысячелетий у древесных растений.

У организмов рождаемость и смертность существенно изменяется с возрастом. Увязав смертность и рождаемость с возрастной структурой популяции можно вскрыть механизмы общей смертности и определить структуру продолжительности жизни. Такую информацию обычно получают с помощью таблиц выживания. Таблицы выживания или демографические таблицы содержат сведения. Их используют для определения продолжительности жизни человека. Таблицы бывают статические и динамические.

Динамические строят по данным прямых наблюдений за большой группой особей, рожденных в популяции за короткий промежуток времени. Относительно общей продолжительности жизни изучаемых организмов и регистрации возраста, наступления смерти всех членов этой группы.

Статические таблицы составляют по данным за относительно короткий промежуток времени в отдельных возрастных группах. Зная численность этих групп можно рассчитать смертность, специфическую для каждого возраста

Возрастная группа

Количество человек в каждой группе

Количество погибших в группе

Смертность на каждые 1000 человек


0-1

173400

1651

9,52

1-4










5-9










Такие таблицы помогают построить кривые выживания или кривые долгожития. Выделяют три основных типа кривых выживания. Все три приближаются к основным.



1

2

3



Кривая первого типа характерна для организмов, у которых смертность на протяжении всей жизни ничтожно мала. Кривая дрозофилы.

Кривая второго типа – характерная для организмов, у которых смертность на протяжении всей жизни остается примерно одинаковой. Кривая называется кривой гидры.

Кривая третьего типа – характерна для организмов, у которых отмечаются случаи массовой гибели на начальных этапах жизни (гидробионты).

Динамика роста численности популяции.


Мальтус – «рост популяции осуществляется в геометрической прогрессии»



Такой тип роста отражает рост популяции в неизменяющихся условиях среды обитания…


Он возможен только тогда когда r имеет постоянное значение. Поскольку скорость роста популяции пропорциональна самой численности:

∆Nn / ∆t = rN;

В основе логистической модели лежит допущение, что скорость роста популяции линейно снижается вплоть до 0 при некоторой численности K.

К – биологическая емкость среды в отношении особе данного вида. Она отражает способность природного или природно–антропогенного окружения, обеспечивает нормальную жизнедеятельность. Определяется количеству особей без заметного нарушения самого окружения.

Экологические стратегии выживания.


Экологические стратегии выживания отражают стремление организма выживать. Все эти стратегии направлены на повышение вероятности выжить и оставить плодовитое потомство:

  1. Виоленты (силовики) – способны подавлять всех конкурентов.

  2. Патиенты – виды, способные выжить в неблагоприятных условиях.

  3. Эксплеренты (наполняющие виды) – способны быстро занимать пустые места. Появляются на месте разрушенных экосистем – вырубках, гарях, отмелях.

Все многообразие стратегий выживания заключено между двумя типами эволюционного отбора R-отбор и К-отбор.

R-стратегия – определяется отбором направленным на повышение таких качеств как: высокая плодовитость, ранняя половозрелость, короткий жизненный цикл.
К- стратегия – это отбор на такие качества, как повышение вероятности выживания каждого потомка и развития более совершенных внутривидовых качеств.

Каждый организм испытывает на себе влияние K и R стратегий но R – стратегия преобладающая на начальных этапах роста популяции и К – стратегия характерна для стабильной численности популяции.

Эволюционный уровень организации живого вещества.

  1. Статические показатели популяции.

  2. Динамические показатели популяции.

  3. Продолжительность жизни.

  4. Динамика роста численности популяции.


  5. Экологические стратегии выживания.



Популяция – любая способная к самовоспроизведению совокупность особей одного вида, более или менее изолированная в пространстве и времени от других аналогичных совокупностей одного и того же вида. Та ячейка, бионты которой является основой ее существования в ней происходит, самовоспроизводство живого вещества благодаря наследственности адаптационных качеств, она дает начало новым популяциям и процессам видообразования, то есть является элементарной единицей эволюционного процесса, тогда как вид есть его качественный этап. Важнейшим являются количественные характеристики популяции, которые позволяют решить большинство вопросов качественного характера. Выделяют две группы количественных характеристик.

  1. Статические – характеризуют состояние популяции на данный момент времени, к важнейшим из них относятся – численность, плотность, показатели структуры популяции.

    1. Численность – количество или поголовье особей или организмов в пределах некоторой пространственной единицы.

    2. Плотность – число особей приходящихся на единицу площади или объема. Из показателей структуры выделяют:

      1. Возрастной – соотношение особей различных возрастов.

      2. Половой – соотношение особей различных полов.

      3. Размерный – соотношение особей разных размеров.

Кроме этого выделяют пространственную или экологическую систему популяции.

  1. Динамические

Численность разных организмов определяется различными способами. Например: подсчет с воздуха. Численность гидробионтов определяется отловом сетями или специальными мерными емкостями, численность человек определяется переписью населения всего государства. Численность определяется без учета неравномерности распределения особей на единице площади или объема, так же и плотность => получаем среднюю плотность организмов на единицу площади или в объеме, каждый живой организм вынужден соблюдать баланс энергии, которую затрачивает на добычу пищи, охрану территории, рост, развитие и получает от поедания пищи. При сокращении кормовой базы животное расширяет свою территорию, такое поведение называется территориальным.


Чем крупнее животное тем большую площадь для добычи пищи ему нужна, чем больше размеры особи тем меньше размеры популяции у немигрирующих животных территориальные границы стабильны. Такие виды образуют локальные границы, у мигрирующих границы определить довольно трудно, возможность расселения ограничивают биотические и абиотичсие факторы расселения из биотических: давление хищников и конкурентов, а так же пищевых ресурсов. А абиотических факторов определяется толерансностью факторов среды. Толерантность отдельных особей. К различным факторам следы, поэтому толерантность к различным факторам среды всегда выше, чем у ее отдельных особей.

Динамические показатели толерантности характеризуют процессы, происходящие в популяции за какой-то промежуток времени. Важнейшей являются рождаемость смертность и скорость роста популяции. Рождаемость или скорость роста популяции это число особей рождающихся в популяции за единицу времени, смертность ил скорость смертность – число особей, погибши в популяции за единицу времени, прибыль или убыль зависит не только от рождаемости и смертности, но и от скорости их иммиграции или эмиграции. Увеличение численности зависит от количества рожденных и эмигрирующих особей, а уменьшение умерших и иммигрирующих. Рождаемость или скорость рождаемости выражается отношением числа родившихся особей к промежутку времени при сравнении dN/dt . За промежуток т->0 получим мгновенную удельную рождаемость = b, смертность величина обратная рождаемости, но меряется в тех же величинах. dNm/dt. Удельная мгновенная смертность = d. Скорость изменения численности = dN/dt. А при t = 0 ее можно определить, как мгновенную скорость измени численности r = b – d. Величина рождаемости и смертности по определению могут иметь только положительное значение или равно 0. Если b=d r = 0, значит популяция находится в стационарном состоянии. b>d = численное увеличение популяции, ели наоборот численное уменьшение попуяции на дном отрезке.

3.

Продолжительность жизни вида зависит от условий или факторов жизни различают физиологическую и максимальную продолжительность жизни. Физиологическая продолжительность – такая продолжительность жизни, которая определяется только физиологическими свойствами организма, теоретически она возможна, если допустить, что а организм на протяжении всей его жизни не оказываю влияния лимитирующие факторы.


Максимальная – такая продолжительность жизни, до которой может дожить лишь малая часть особей. Это величина изменяется от нескольких минут до нескольких тысячелетий. У организмов рождаемость и смертность существенно изменяется с возрастом. Увязав смертность и рождаемость с возрастной структурой популяции можно вскрыть механизмы общей смертности и определить структуру продолжительности жизни. Такую информацию получают с помощью таблицы выживания или демографической таблицы – в ней содержится информация о распределении смертности по возрастам. Их используют для определения, продолжительности жизни человека таблицы бывают статические и динамические. Динамические строят по данным прямых наблюдателей, за жизнью большой группы особей, родственных в популяции за короткий промежуток времени. Относительно общей продолжительности жизни изучаемых организмов и регистрации возраста наступления смерти всех членов этой группы. Такие таблицы сложно построить поскольку нельзя наблюдать за долгоживущими организмами. Статические таблицы составляют по данным наблюдений за относительно короткий промежуток времени в отдельных группах. Зная численность этих групп можно рассчитать смертность специфическую для каждого возраста.






































Такие таблицы помогаю построить кривые выживания.

Выделяют 3 основных типа кривых выживания:

1.






Кривая первого типа – дохнут в конце жизни.

2.

Кривая второго типа характерна для организмов у которых смертность остается примерно одинаковой.






Кривая третьего типа характерна для организмов у которой отмечаются случаи массовой гибели на начальных этапах жизни (гидробионты)




Мальтус: рост популяции есть геометрическая прогрессия.

Такой тип роста характерен для популяций с неизменяющимся внешними условиями. R = const.

dNn/dt = rN. r=const.

На самом деле такой рост продолжается какое-то время потом вступают в силу лимитирующие факторы.

К



Скорость роста популяции линейно снижается вплоть до 0 при некоторой численности k = биологическая емкость среды в отношении особей данного вида. Она отражает способность природного или природно-антропогенного окружения обеспечивать нормальную жизнедеятельность определенному количеству особей, без заметного изменения окружения.


Экологическая стратегия. Все стратегии направлен на повышение вероятности выжить и оставить плодовитое потомство.


  1. Виоленты – силовики, они способны подавлять всех конкурентов.

  2. Патиенты – виды способные жить в неблагоприятных условиях, теневыносливость, солевыносливость.

  3. Эксплененты – виды способные быстро заполнять территории.

Все многообразие заключено между двумя типами эволюционного отбора.

r-отбор и k-отбор.

r-отбор – направлен на повышение таких качеств как высокая плодовитость, ранняя половозрелость, короткий жизненный цикл.

k-стратегия отбор на такие качества как повышения вероятности выживания каждого потомка, повышение защищенности от хищников и паразитов и на развитие более совершенных внутривидовых механизмов численности, каждый организм испытывает обе стратегии.

Экосистемный уровень организации живого вещества.

  1. Отношения организмов в экосистеме.

  2. Экологическая ниша.

  3. Энергетика экосистем.

  4. Структура и организация экосистем.

  5. Динамика и развитие экосистем.

Отношения организмов в экосистеме.


Не одни организм в биосфере не существует вне связи с элементами окружающей среды то есть вне состава экосистемы. Вся жизнедеятельность организмов подчинена определенным закономерностям, которые обусловлены ходом эволюционного процесса в ходе своей жизнедеятельности организмы постоянно взаимодействуют как с элементами среды обитания, так и друг с другом. В этом плане выделяют: взаимосвязи и взаимоотношения организмов.

Взаимосвязи


Они обычно строятся на каких-то интересах:

  1. Трофическая взаимосвязь. Питание одного организма другим или продуктами его жизнедеятельности.

  2. Топическая взаимосвязь. Интересы места обитания.
  3. Форический. Распространение одних организмов или их зачатков другими. Явление зоофории, эндозоофории.


  4. Фабрический тип взаимосвязи. Возникает в том случае, когда один организм использует другой или продукты его жизнедеятельности для постройки убежища.

Взаимоотношения (0, +, -)


  1. «++» - симбиоз;

  2. «+-» - паразитизм;

  3. «+0» - комменсализм (комменсал – сотрапезник);

    1. Нахлебничество

    2. Квартеранство

  4. «00» - нейтрализм;

  5. «--» - конкуренция;

  6. «-0» - аменсализм;

Экологическая ниша.


Экологическая ниша – место организма в природе или есть его жизненный статус, включающий отношения к факторам середы обитания местам убежищ и размножения и т. д. Если два различных вида занимают разные экологические ниши то они обычно не вступают в конкурентное отношение, но в любой экологической нише всегда найдутся виды претендующие на нее или на ее отдельные элементы. От сюда правило конкурентного исключения:

«если два организма со сходными требованиями к среде обитания вступают в конкурентные отношения, то одни из них должен либо погибнуть либо изменить свой образ жизни»

Энергетика экосистем.

Любая экосистема в процессе своей жизнедеятельности непрерывно пополняет и расходует энергию, энергию она получает за счет солнечной радиации в процессе фотосинтеза. Солнечные лучи с длинной волны 380 – 720нм. способны вызывать различные физиологические изменения в живых организмах. Растения способны усваивать солнечнее лучи с длинной волны 400-680нм. – фотосинтетически активная радиация (ФАР). ОТ общего потока солнечно энергии ФАР составляет 40% из этих 40% в реальных условиях в среднем растения усваивают 1,5-2%. Организмы по разному расходуют свою энергию. Бывают периоды, когда траты энергии превышают ее поступление и организм теряет в весе. В другие периоды организмы накапливают энергию, в любом случае организм получат энергию поедания пищи и затрачивает ее на рост развитие передвижение и т.д. – такие затраты энергии условно расцениваются как траты на дыхание. В среднем они составляют 90% от полученной с пищей энергии. От сюда правило 10%:


«на каждый последующий трофический уровень переходит в среднем 10% энергии»

Структура и организация экосистем.


    1. Блоковая модель экосистемы. Любая экосистема состоит из 2 блоков. Первый блок представлен живым веществом или совокупностью живых веществ, второй представлен факторами среды обитания.


Фитоценоз



Зооценоз

Биоценоз



Микроценоз




Биотоп (экотоп)

Климатоп

Гидротоп



Эдафотоп



    1. Видовая структура – под ней понимают количество видов образующих экосистему и соотношение их численности. Виды, которые явно преобладают по численности – виды доминанты. На ряду с доминантами выделяют виды эдификаторы то есть те виды которые в наибольшей степени участвуют в образовании среды обитания. Как правило, вид эдификата является видом доминантом. Но вид доминант не всегда эдификатор.
    2. Трофическая структура экосистем – любая экосистема насчитывает несколько трофических уровней, обычно 5-6. После чего вся энергия запасенная продуцентами оказывается рассеянной. Первый уровень представлен продуцентами то есть автотрофами и хемотрофы 2-4 – консументы, 5 – редуцентами или деструкторами. Взаимосвязанный ряд трофических уровней образует трофическую цепь, которая расширяясь и усложняясь образует трофическую сеть. Назначение цепей питания заключается в обеспечении малого биологического круговорота веществ и высвобождении запасенной в органическом веществе энергии. Трофическую структуру можно отобразит графически в виде пирамид чисел биомассы продукции или энергии.


    3. Функциональная модель экосистем

Свет


Растения





Травоядные



Плотоядные 1





Плотоядные 2



Плотоядные 3





Редуценты






Продуктивность экосистем

Одним из свойств живого вещества является способность образовывать органическое вещество, которое является продукцией, образование продукции в единицу времени на единицу площади или объема выраженная в единицах массы – называется продуктивностью экосистем.


Если продукция образованна растениями она называется первичными, если животными – вторичными. Наряду с продукцией выделяю понятие биомассы, под которой понимают все живые составляющие экосистемы или ее компонентов. Биомасса определяется по формуле: Б = ?П – Д

П – сумма продукции;

Д – трата на дыхание;

До 50ых годов прошлого столетия считалось что наиболее продуктивными являются экосистемы океанов, затем было установлено что отдаленные экосистемы морей и океанов по продуктивности можно отнести к экосистемам пустынь. И наиболее продуктивными считаются экосистемы тропических лесов, тайги и искусственных насаждений созданных человеком. В биосфере выделяют сгущение живого вещества (или по Вернадскому пленку жизни), в гидросфере выделяют планктонную или поверхностную пленку и донную или пентосную. На суши выделяют преземно-воздушную пленку, заключенную между верхним слоем почвы и верхушкой растительного покрова и почвенную пленку, мощность которой составляет 1-2 метра и ограниченна, в основном, глубиной проникновения корней.

Кроме того различают локальные сгущения живого вещества понимая под ними высокую концентрацию живого вещества на ограниченных пространствах, это явление, как правило, приурочено к так называемому краевому эффекту. Когда на стыке различных сред складываются наиболее благоприятные условия развития и жизнедеятельности организмов.

В океане выделяют:


  1. прибрежные сгущение – на стыке наземной водной и воздушной сред, особенно в местах впадения рек в моря и океаны, так называемые – эстуарии.

  2. Рифовые сгущения или караковые рифы – высокая численность живого вещества, обусловленная благоприятным температурным режимом, фильтрующим типом питания большинства организмов и большим количеством симбиотических отношений.
  3. Апвелинговые сгущения – возникают на участках, где имеет место восходящий ток воды от дна к поверхности, который несет собой большое количество органики, а в результате перемешивания различных слоев, вода обогащается кислородом.


  4. Саргассовы сгущения – представлены большим количеством плавающих водорослей, например саргассовы в саргассовом море и филофорных в черном море.

  5. Рифово-глубоководные – открыты и 70 годах прошлого столетия располагаются на глубине 2-3 тыс. м., организмы получают тепло из разломов морского дна которые называются рифами, а энергию для жизнедеятельности получают за счет хемосинтеза (за счеть расчипления химичиски соединений в основном серосодержащих);



  1. На суше выделяют: экосистемы поим рек, периодически заливаемых водой

  2. Экосистемы берегов морей в местах хорошо обеспеченных теплом.

  3. Экосистемы небольших внутренних водоемов, богатых органикой

  4. Экосистемы влажных тропических лесов


Динамика развития экосистем.


Любая экосистема приспосабливаясь к изменениям окружающей среды находится в состоянии постоянной динамики. Существует несколько типов динамики экосистем:

  1. Суточный – смена дня и ночи;

  2. Сезонный – смена времен года;

  3. Многолетний;

Все эти типы периодически повторяются, поэтому такая динамика называется циклической или флуктуациями, но на фоне циклической динамики всегда существует поступательная динамика (направленная динамика) – для нее характерно внедрение в экосистему новых видов или смена одних видов другими. В конечном счете, происходит смена экосистем, такой процесс называется – сукцессия. Если сукцессия вызвана внешними по отношению к экосистеме факторами она называется экзодинамической или экзогенетической, если внутренними эндодинамическими или эндогинетическими. В любом случае в каждом сукцессионном процессе можно выделить ряд последовательных стадий, под которыми понимают смену одних экосистем другими которые в свою очередь называются сукцессионными рядами, а сукцессионные ряды заканчиваются относительно мало изменяющимися экосистемами которые называются узловыми, коренными или климаксными .


Выделяют следующие виды сукцессии:


  1. Первичная сукцессия – возникает на исходном безжизненном субстрате (пески, отвалы горных пород, скальные выходы);

  2. Вторичная сукцессия – возникает на месте разрушенных экосистем, в результате пожары вырубки, на заброшенных полях, кроме того выделяют автотрофные сукцессии и гетеротрофные сукцессии. Автотрофные сукцессии протекают с участием зеленых растений, гетеротрофные без таковых. Пример первичной автотрофной сукцессии.




0

5

10

20

35

50

75

90

110

0-5 – отмирание оставшихся организмов;

5-10 – процесс почвообразования, появление мхов и лишайников;

10-20 – появление травянистых растений;

20-35 – кустарники полукустарники;

35-50 – появление лиственных деревьев, пионерные деревья;

50-75 – полноценный лиственный лес;

75-90 – появляется подрост хвойных пород;

90-100 – формируется смешанный лес;


100-150 – полноценный хвойный лес (доминант).

Причины сукцессии (смены экосистем) – обычно выделяю 2 группы причин:


  1. Естественные причины – неполный круговорот веществ, почвоутомление, отравление продуктами самораспада.

  2. Антропогенные причины – заключаются в том, что человек постоянно и повсеместно нарушает ход естественных сукцессионных процессов.

Закономерности сукцессионного процесса.


  1. На начальных стадиях сукцессионного процесса биологическое разнообразие не значительно, биомасса и продуктивность малы.

  2. С развитием сукцессионного процесса взаимосвязи между организмами усиливаются. Особенно возрастает роль симбиотических связей, пополнение среды обитания, усложняются цепи и сети питания.

  3. Интенсифицируются процессы круговорота веществ, потока энергии, дыхание экосистемы.

  4. Уменьшается количество свободных экологических ниш, и в климоксном сообществе они, либо отсутствуют, либо находятся в минимуме, в следствии чего резко сокращается вероятность вспышек численности отдельных видов.

  5. Скорость сукцессионного процесса в большей степени зависит от продолжительности жизни видов составляющих экосистему, чем о других причинах.

  6. Неизменность климаксных стадий сукцессионного процесса, весьма, относительна, поскольку динамические процессы не останавливаются, а только замедляются.

  7. Зрелые стадии климаксного сообщества, биомасса достигает максимальных или близких к ним значений.

Любая экосистема обладает стабильностью и устойчивостью. Под стабильностью понимают способность экосистем сохранять свою структуру и форму при воздействии внешних сил. Под устойчивостью понимают способность экосистемы возвращаться в исходное состояние, после воздействия сил выводящих ее из равновесия.

Лекция экология 05.05.09г.

Ламтюгин Валерий Алексеевич

Необходимость экологии


  1. Законы по которым существовала природы

  2. Влияние профессиональной деятельности на окружающую среду.

  3. Меры и средства охраны природы.

Биосоциальная природа человека

  1. Биосоциальная природа человека;

  2. Человек как биологический вид;

  3. Наследственность человека;

  4. Популяционная характеристика человека;

  5. Природные ресурсы земли как лимитирующий фактор выживания человека;


Биосоциальная природа человека;


Человек – высшая ступень развития живых организмов на земле.

Человек (по Фролову) – субъект общественно-исторического процесса развития материальной и духовной культуры на земле.

Биосоциальное существо генетически связано с другими формами жизни, но выделившиеся из них благодаря способность производить орудия труда, обладающее членораздельной речью и сознанием.

Биосоциальная природа человека отражается в то , что его жизнь определяется единой системой условий в которую входят как биологические так и социальные элементы. Это вызывает необходимость не только его биологической, но и социально адаптацией, то есть привидение межиндивидуального и группового поведения в соответствии с господствующем в данном обществе, классе, социальной группе нормами и ценностями, биологическая адаптация человека весьма отличается от таковой в животном мире, так как стремиться сохранить не только его биологические, но и социальные функции при возрастающем значении социального фактора. Человек является одним из видов животного царства со сложной социальной организации и трудовой деятельностью, в значительной мере снимающие, в том числе экологические свойства организма.

Человек как биологический вид;

Человек не может существовать в естественных условиях вне биосферы и живого вещества определенного эволюционного типа. Семейство гомонид к которым относится человек, возникло в экваториальной части земли, а род человека в восточной части Африки и южной Азии. В эволюции живого вещества есть ряд пунктов, последний из которых является появление человека.Человек как любой биологический вид на земле преходящ и вовсе не является вершиной эволюции как часто думают сами люди. Вернадский полагал что не для того природа потратила миллиарды лет что бы эпоха хомосапиенс просуществовала мгновение, хотя это есть определенный скачек эволюции в весьма длительную новую экологическую эру.


Первобытный человек вплоть до недавнего времени представлял собой всеядного консумента естественных экосистем. Столь не значительная продолжительность жизни (менее 20 лет) объясняется тем что человек жил в еще практически не тронутой первозданной природной среде в которой безраздельно господствовали силы саморегуляции которым он противостоял теми же способами которыми обладали и представители других видов животного мира. О в отличии от животных человек обладает интеллектом, что позволил ему найти противоядие против одного из важнейших факторов –нехватки пищевых ресурсов, это произошло примерно 10 000лет назад после чего человек стал строить свою собственную экологическую систему. Способность человека мыслить, создание необходимых орудий труда позволили ему хотя бы временно преодолеть действие обычных абиотических и биотических факторов. Человек научившись преодолевать действие лимитирующих факторов, тем не менее, на 100% не одержал победу над ними. Таким образом, человек, хотя является существом социальным природа всегда будет фактором существования человека составлять неотъемлемую часть окружающей человека среды куда входят и искусственно созданная среда и общественные отношения и институт.

3. Наследственность человека;


Созданная в процессе становления вида генетической программы поределяет его как биологический вид она записана в молекулах ДНК достаточно консервативна и представляет собой саамы драгоценный из природных ресурсов, но тем не менее от поколения к поколению ДНК человека вовлекается в разнообразный генетические процессы, фактически такие же как и всех остальных животных:

  1. Мутационный процесс – непосредственно изменяющий структуру ДНК – в условиях естественного фона радиации не может повлиять на жизнь популяции. Однако человек сам ввел в свою окружающую среду ядерную энергию, обладающая исключительно мутационной активностью.

  2. Эмиграция геном – отток или приток генов из других популяций.

  3. Дрейф генов – случайные колебания частот генов.


Случайный дрейф и эмиграция генов обычное явление, приводящее к появлению экотипов которые развилась и изолирована, могут образовывать в результате революции новых рас или даже новую видовую популяцию, однако человек в условии развитость транспорта эмиграции в город и вообще подвижности населения географически расстояния не играют существенной роли. Генофонд это вся совокупность генов населения любого биологического вида обитающего на конкретной исторически сложившейся территории, а значит их человеческой популяции. Различные социальные условия обуславливают формирование определенного генотипа. ТО есть определенного сочетания генов переданного родителями и обеспечивающих человеку жизнь, но дальнейшее судьбы генов зависят от самого человека и общества, которое полностью распоряжается жизнью человека.

  1. Естественный отбор – направлен на изменение частоты генетических признаков – сыграл решающую роль в эволюции всех видов, в том числе и хомосапиенс. Человек современного типа возник в последний ледниковый период примерно 40-50 тыс. лет назад. За этот период он занимался охотой собирательством, значительно позже скотоводством земледелием и ремеслами и только в последние 2-3 века получило бурное развитие промышленное производство. А протяжении всей этой истории постепенно снижалась роль природной и возрастал роль искусственной среды жизни человека.



Антропогенное воздействие на атмосферу

  1. Введение;

  2. Загрязнение атмосферного воздуха;

  3. Основные источники загрязнения;

  4. Последствия загрязнения атмосферы на локальном уровне;

  5. Глобальные последствия загрязнения атмосферы;


Введение

В настоящее время с атмосферой связаны множество глобальных проблем, озоновые дыры и т.д. Атмосферный воздух занимает особое место среду других компонентов без пищи человек может находится 7 дней, без воды 5 дней, без воздуха 5 минут. Атмосфера выполняет ряд сложных экологических функций:


  1. Защищает землю от губительного ультрафиолетового излучения;

  2. От абсолютного космического холода;

  3. В ней сгорает большинство метеоритов;

  4. Она играет разбавляющую рель в отношении загрязняющих веществ.

  5. В ней формируются глобальные метериологические процессы

  6. От нее зависят погода и климат

В принцип атмосфера способна к самоочищению. Оно происходит при вымывании аэрозолей. И других загрязняющих веществ осадками, при турбулентном перемешивании приземного слоя воздуха, за счет выпадения вредных веществ на земную поверхность. Однако полного очищения атмосферы не происходит.

Загрязнение атмосферного воздуха


Под загрязнением атмосферного воздуха понимают любое изменение его состава и свойств, которое оказывает отрицательное влияние на здоровье человека и животных, состояние растений и экосистемы.

Загрязнение может быть:

  1. Естественным – вызывается природными процессами, геологического или биологического характера (извержение вулкана, пыльные бури, массовое цветение растений, дым от пожара).

  2. Антропогенным – связанно с деятельностью человека и заключается в выбросе в атмосферу различных вредных веществ, в ходе технологических процессов. В зависимости от масштабов выделяют:

    1. Местное или локальное – характерно для городов районов

    2. Региональное – захватывает значительные площади нескольких областей или регионов;

    3. Глобальное загрязнение – связанно с изменением состояния атмосферы в целом.

По агрегатному состоянию загрязняющие вещества делятся на:

  1. Газообразные (диоксид серы, оксиды азота).

  2. Жидкие (кислоты, щелочи)

  3. Твердые (тяжелые металлы пыль сажа, и т.д.)

Главными загрязняющими веществами считаются: диоксид серы, оксид азота, оксид углерода и твердые частицы. На их долю приходятся 98% загрязняющих веществ. Кроме них в атмосферу попадает огромное количество других загрязняющих веществ, фенолы, формальдегиды и т.д., но, как правило, именно главные загрязнители чаще всего превышают ПДК. Одним из наиболее опасных, являются радиоактивные загрязнения атмосферы. В настоящее время оно обусловлено широким распространением в основном долгоживущих эзотопов, источниками которых являются: испытания оружия массового поражения и аварии на АЭС. Кроме того выбросы АЭС загрязняют приземный слой воздуха даже в ходе нормальной эксплуатации.


Еще одной формой загрязнения атмосферы является избыточное поступление тепла от антропогенных источников. Но такое загрязнение, как правило, носит локальный характер.

Основные источники загрязнения.


Считается что в настоящее время наибольший вклад в заргязнение атмосферы. Вносят такие отрасли как:

  1. Теплоэнергетика в процессе сжигания ископаемого топлива выделяет в атмосферу газодымовые смеси, которые содержат продукты полного и неполного сгорания, например ТЭС средней мощности, выбрасывает в атмосферу до 680тонн диоксида серы в сутки при работе на твердом топливе. Перевод ТЭС на жидкое топливо снижает выброс золы, но практически не снижает выбросы оксида серы и азота. С этой точки зрения газ как топливо почти в 3 раза экологичнее чем мазут и в 5 раз чем уголь.

  2. Черная и цветная металлургия при выплавке одной тонны стали выбрасывает в атмосферу 40-50кг. Различных индивидуальных загрязнителей.

  3. Нефтедобыча и нефтехимия

  4. Выбросы химической промышленности вносят не большой вклад в загрязнение всего 2% по объему всех выбросов, но компоненты этих выбросов в силу своей высокой токсичности и большого разнообразия, являются наиболее опасными.

  5. С определенной точки зрения (если рассматривать загрязнение на локальном уровне) большой вклад в загрязнения приземного слоя вносят автотранспорт. Отработанные газы содержат бензоберин, альдегиды, оксиды азота и углерода и крайне опасные соединения свинца. Правильно отрегулированная топливная система автомобиля позволяет снизить количество выбросов в 1,5 раза, а применение нейтрализаторов снижает токсичность выхлопных газов в 6 раз.

  6. Строительство


Последствия загрязнения атмосферы на локальном уровне

Загрязнение атмосферы различными путями и по различным цепочкам оказывают негативное воздействие на всю окружающую среду, и, в конечном счете, на человека. Это воздействие проявляется как прямой непосредственной угрозе (например, в случае смога), так и медленном, постепенном разрушении систем жизнеобеспечении организма. Различные загрязняющие вещества оказывают разносторонне физиологическое действие на организм человека (например, диоксид серы реагирует с воздушной влагой образует серную кислоту, которая разрушает легочные ткани, пыль содержащая диоксид кремния вызывает заболевание серикоз, оксиды азота раздражают и разъедают слизистые оболочки. После воздействия угарного газа возможен летальный исход, даже спустя 7 дней после воздействия).


Среди взвешенных частиц большую опасность представляют твердые частицы, размером менее 5мкм, они способны накапливаться в легких, проникать в лимфатические узлы и засорять слизистые оболочки. Несмотря на то, что многие загрязняющие вещества поступают в атмосферный воздух в незначительных объемах, они способны за счет кумулятивного коцирогенного и мутагенного эффектов угнетать основные жизнеобеспечивающие системы. Вызывать анкологические заболевания, мутационные процессы и снижать иммунитет организма. Автомобильные выхлопы обладают широким спектром действия. Самые тяжелые последствия живого организма вызывает ядовитая смесь дыма тумана и пыли – смог. Выделяют 2 типа смога:


  1. Зимний (Лондонский) – возникает зимой в крупных промышленных центрах при неблагоприятных погодных условиях. Так в 1952г в Лондоне за 7 дней погибло 4тыс, чел 10 было госпитализировано

  2. Летний (Лос-Анжеленский) или фотохимический смог возникает летом при интенсивном воздействии солнечных лучей на приземный слой воздуха, перенасыщенный выхлопными газами автомобилей, такой тип не менее опасен. В 1971г в Токио в результате такого отравления 28тыс чел госпитализировано.

Большое количество загрязняющих веществ наносят не только человеку, но и животным растениям и экосистемам в целом

Глобальные последствия загрязнения атмосферы


К основным последствиям глобального загрязнения атмосферы относятся:
  1. Парниковый эффект. Парниковый эффект связывают с поступлением в атмосферу и последующим накоплением парниковых газов в первую очередь диоксида углерода и метана, которые препятствуют тепловому излучению земли, в результате сжигания человеком большого количества ископаемого топлива, содержание парниковых газов в атмосфере постоянно растет. Вследствие резкого увеличения их концентрации считается рост средней глобальной температуры воздуха у земной поверхности, одним из последствий такого потепления является таяние льдов, повышение уровня мирового океана и нарушение климатического равновесия. С другой стороны в результате потепления может увеличиться интенсивность фотосинтеза, может повыситься продуктивность, как естественных фитоценозов, так и агроценозов. Причины изменения климата носят естественный характер, то есть это изменение угла наклона оси вращения земли, солнечной активности и т.д. Сюда же относят и то, что человек разрушил 60% естественных экосистем, а в результате интенсивного круговорота веществ оказалось изъято их значительная часть, которую раньше биота тратила на поддержание климатического равновесия;


  2. Нарушение озонового слоя. Озоновый слой – слой атмосферы с повышенным содержание озона, располагается на высотах 10 – 50км с максимальной плотностью на высоте 20-22км озон выполняет крайне важную защитную функцию предохраняя все живое от губительного ультрафиолетового излучения, а энергии одного фотона достаточно для того что бы разрушить все органические связи в клетках живых организмов. Области с пониженным содержанием озона называют озоновыми дырами, за последние 15 лет, концентрация озона на территории России снизилась в 4-7раз, а снижение его концентрации на 2-3% вызывает резкий всплеск заболевания рака кожи. Механизм разрушения озонового слоя до конца не ясен, но считается, что он разрушается под действием фреонов или флор-фторуглеродов;

  3. Выпадение кислотных осадков – образуются в результате поступления в атмосферу оксидов серы и т.д.;

Антропогенное воздействие на литосферу;

Гидросферу с.307 – 319

Сообщества с.354- 368

Воздействия на биосферу с.368-415