С.В. САКСОНОВ, А.В. Иванова,

Стр 1 из 10Следующая ⇒

С.В. САКСОНОВ, А.В. Иванова,

О.В. САВЕНКО

ЭКОЛОГИЯ, БИОЛОГИЯ

С ОСНОВАМИ ЭКОЛОГИИ

Учебно-методическое пособие

для студентов всех специальностей

Тольятти 2006

ББК 28.080.1я73

УДК 577.4

С-15

Рецензенты:

доктор биологических наук,

профессор Тольяттинского государственного университета сервиса

В.И. Попченко

доктор биологических наук,

профессор Самарского государственного педагогического университета

В.И. Матвеев

С 15	Саксонов, С.В. Экология, биология с основами экологии: учебно-методическое пособие для студентов всех специальностей/ С.В. Саксонов, А.В. Иванова, О.В. Савенко – Тольятти: ТГУС, 2006 – 78 с.

Учебно-методическое пособие для студентов написано в соответствии Государственным образовательным стандартом по дисциплине «Экология» с учетом многолетнего положительного опыта преподавания данной дисциплины в Тольяттинской государственной академии сервиса и в дополнение к базовому конспекту лекций (Саксонов, Розенберг, 2005)

В учебно-методическом пособии кратко отражены главные проблемы экологии, в том числе экология популяций и сообществ, взаимоотношения человека с окружающей средой, современное состояние биосферы, значение охраны природы. Учебно-методическое пособие включает в себя планы семинарских занятий по 9 темам, 27 вопросов тренировочных тестов промежуточного контроля знаний, 100 вопросов 1-ой части контрольных работ студентов заочного отделения, 50 тем для рефератов студентов очного и 2-ей части контрольной работы студентов заочного и дистанционного обучения, методические рекомендации к семинарским занятиям и для выполнения реферата, 100 вопросов для подготовки к зачетам и экзаменам, а также перечень учебно-методических пособий и материалов по дисциплине.

Содержание пособия направлено на формирование экологических знаний и воспитание культуры взаимоотношений Человека с Природой. Настоящее пособие является системообразующим (путеводным) средством для всех форм обучения, позволяющим студентам выбирать индивидуальную образовательную траекторию в предлагаемой информационной среде по дисциплине «Экология».

ББК 28.080.1я73

УДК 577.4

Предисловие

Настоящее пособие составлено в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта для высшего профессионального образования

Целью данного учебного пособия является:

1) дать базовые представления о дисциплине;

2) научить ориентироваться в море учебной информации по дисциплине

3) придать пособию функции «организатора» познавательной деятельности, которую каждая личность осуществляет самостоятельно и самобытно.

Учитывая недостаточную экологическую грамотность населения во всех слоях общества, авторы уделяют значительное внимание основам общей экологии. Значительное место занимает прикладная экология: экозащитная техника, ресурсо- и энергосберегающие технологии; принципы и методы расчета ущербов и эффективности природоохранной деятельности, влияние окружающей среды на здоровье населения.

Публикация настоящего пособия оправдана тем, что ранее использовались, но не издавались планы семинарских занятий, которые претерпевали изменения как вследствие изменения стандарта (1994, 2000), рабочих программ, так и по причине устаревания некоторых составляющих, модификация дидактических единиц стандарта. Аналогично, не публиковались ранее и пробные тренировочные тесты по экологии, которые проходили апробацию среди студентов всех специальностей, показав их высокую валидность и надежность в обеспечении промежуточного, текущего контроля качества образования по дисциплине. В пособии также даны рекомендации по проведению семинарских занятий, разработан ряд тем к ним.

Настоящее учебно-методическое пособие является новым средством обучения, компактно, адаптировано к современным образовательным технологиям.

Данное учебное пособие предполагает использование студентами рекомендованной литературы, рабочего стола кафедры на сайте академии, другой литературы по дисциплине, а также консультаций и тестирования в системе «Прометей». Подробная версия тестов промежуточного контроля содержится в системе «Прометей», постоянно изменяется и дополняется.

Введение

В последнее время слово «экология» стало очень популярным; наиболее часто его употребляют, говоря о неблагополучном состоянии окружающей нас природы. Иногда этот термин употребляют в сочетании с такими словами, как общество, семья, культура, здоровье. Легкость, с которой сам термин «экология» и различные экологические понятия, теряя биологический смысл, вторгаются в разные отрасли знания, по-видимому, отражает назревшую необходимость их " вторичной экологизации". Что же такое экология?

“...Экология – область биологической науки, изучающая живые системы в их взаимодействии со средой их обитания” Р. Уиттекер.

“...Под экологией понимается наука (или комплекс наук) о взаимодействии общества и природы...” Философский словарь.

“…экология – научное познание взаимодействий, определяющих распространение и численность организмов” Кребс.

Само понятие «экологии» потеряло всякую определенность по причине развития " энвайронментологии" (от англ. environmentology; или биосферологии). Уже не всегда можно определить идет ли речь о собственно экологии (т.е. биологической науке), загрязнении среды или охране природы, общественно-политическом движении или " духовном возрождении".

Чтобы как-то упорядочить терминологическую путаницу, возьмем за основу следующую схему (Розенберг, Мозговой, 1992):

Биология Биология + Биология +

экономика экономика +

социология

Таким образом, "...социоэкология – это интегральная междисциплинарная наука, изучающая закономерности взаимодействия общества и природы в пределах социоэкосистем различного иерархического уровня и разрабатывающая научные принципы гармонизации этого взаимодействия посредством рационального природопользования" (Бачинский, 1991, с. 16). Тогда экология воспринимается как теоретическая (биологическая) основа взаимодействия в системе " организм(ы) – среда"; рациональное природопользование – как система эксплуатации природных ресурсов и условий в наиболее эффективном режиме, без резких изменений природно-ресурсного потенциала и сохранения здоровья людей; социальные аспекты проявляются в диапазоне от элементарной экологической безграмотности, как управляющего звена, так и населения в целом, до восприятия глобальных процессов.

Теоретическая часть

История экологии

Известно, что люди, сами того не подозревая, занимаются экологическими наблюдениями. Элементы экологических знаний обнаруживаются даже в сочинениях многих ученых античного мира. Далее предлагается вариант периодизации экологии. Естественно, эта периодизация, как и любая другая, субъективна. Однако она представляется достаточно удобной, так как " привязана" к значимым для экологии датам и отражает смену парадигм в экологии.

Первый период – до 1866 г. (определение " экологии" и обоснование ее в качестве самостоятельной научной дисциплины). К этому периоду развития экологии относится деятельность таких ученых как, Эмпедокл, Гиппократ, Демокрит, Платон, Аристотель, Сенека, Леонардо да Винчи, Бэкон Ф., Лейбниц Г.В., Линней К., Ломоносов М.В., Лавуазье А.Л., Лепехин И.И., Дарвин Ч.Р., Северцов Н.А., Сеченов И.М., Геккель Э.

Это подготовительный период экологии, когда ее элементы появляются в трудах ботаников, зоологов и других естествоиспытателей. Характерная черта этого периода – отсутствие собственного понятийного аппарата. Этот период завершается определением " экологии", которое дал в 1866 г. немецкий ученый Эрнст Геккель. Несколько позже Э. Геккель конкретизировал это понятие (Haeckel, 1970, s. 365): “...Под экологией мы подразумеваем науку об экономии, о домашнем быте животных организмов. Она исследует общие отношения животных как к их неорганической, так и к органической среде, их дружественные и враждебные отношения к другим животным и растениям, с которыми они вступают в прямые и непрямые контакты, или, одним словом, все те запутанные взаимоотношения, которые Дарвин условно обозначил как борьбу за существование”.

Второй период – с 1866 по 1935 г. (определение " экосистемы" ). Это период формирования факториальной экологии, вскрытие закономерностей отношения животных или растений к разнообразным абиотическим факторам. Наиболее выдающиеся научные деятели этого периода: Уоллес А., Спенсер Г., Докучаев В.В., Форель Ф.А., Иогансен В.Л., Раменский Л.Г., Морозов Г.Ф., Высоцкий Г.Н., Сукачев В.Н., Вавилов Н.И., Догель В.А., Вернадский В.И., Кашкаров Д.И., Николсон А.

Третий период – с 1936 г. до начала 70-х годов. (Вильямс В.Р., Вернадский В.И., Сукачев В.Н., Григорьев А.А., Хатчинсон Дж., Петровский В.В., Шварц С.С.). Это период синэкологических исследований, когда на передний план вышло изучение взаимоотношений популяций в экосистемах. Основой методологии становится системный подход (правда, в своем детерминированном варианте – развитие математической экологии, разнообразие аналитических и имитационных моделей экосистем). Именно в этот период произошло оформление экологии как фундаментально-теоретической дисциплины.

Четвертый период – с начала 70-х годов до середины 80-х. (Одум Ю., Тимофеев-Ресовский Н.В., Яблоков А.В., Харпер Дж., Будыко М.И., Хатчинсон Дж., Федоров В.Д., Макинтош Р.). Этот период характеризуется: появлением трудностей в выявлении каких-то общих законов развития сообществ, постоянными нарушениями равновесных состояний, изучением экосистем в их развитии (включая и эволюционные факторы), возросшей ролью случайных факторов в объяснении структуры и динамики экосистем.

Наконец, пятый период – последние 15-20 лет, (Яблоков А.В., Быков Б.А., Чернова Н.М., Былова А.М., Миркин Б.М., Розенберг Г.С., Наумова Л.Г., Реймерс Н.Ф.)начало становления истинно системного подхода к изучению экологических объектов. Наиболее удачным примером такого подхода может служить вышедшая в 1986 г. и переведенная у нас в 1989 г. книга М. Бигона с соавторами " Экология".

Современная экология.

Дело в том, что основные законы природы не потеряли своей силы с ростом населения, с огромным увеличением потребления энергии и невиданным ранее научно-техническим прогрессом, которые чрезвычайно расширили человеческие возможности воздействия на окружающую среду. Основным практическим результатом развития экологии явилось осознание необходимости перестраивать экономику в соответствии с экологическими законами. Современная экология не только изучает законы функционирования природных и антропогенных систем, но и ищет оптимальные формы взаимоотношения природы и человеческого общества.

Растет социальная роль экологических знаний. Отсюда следует: современная экология должна соприкасаться с такими дисциплинами, как право, экономика, социология, политология, философия.

Эта точка зрения стала доминантной в современном обществе, которое осознало опасность экологического кризиса, катастрофических преобразований. Предотвращение разрушения биосферы возможно только на основе знаний, которые помогают рационально эксплуатировать природные ресурсы, управлять естественными, аграрными, техногенными и социальными системами. Основная задача современной экологии – найти пути управления природными, антропогенными системами, человеческим обществом и биосферой в целом в соответствии с законами природы, а не вопреки им, найти гармонию между экономическими и экологическими интересами человека.

Экология – наука будущего и, возможно, существование жизни на планете будет зависеть от ее прогресса.

Среда обитания организмов

Вся история становления экологии свидетельствует о важности и постоянном интересе исследователей к оценке воздействия среды на биоценотические компоненты экосистем. Среда обитания – среда жизни биоценоза, сравнительно однородная, пространственно ограниченная совокупность экологических факторов среды. Земной биотой освоены три основные среды обитания: водная, наземно-воздушная и почвенная вместе с горными породами приповерхностной части литосферы. Биологи еще часто выделяют четвертую среду жизни - сами живые организмы, заселенные паразитами и симбионтами. Приспособления организмов к среде носят название адаптации. Способность к адаптациям — одно из основных свойств жизни. Адаптации возникают и изменяются в ходе эволюции видов.

Водная среда жизни.

Основные свойства среды:

1) большая плотность

2) сильные перепады давления

3) относительно малое содержание кислорода

4) относительно небольшие перепады температуры

5) сильное поглощение солнечных лучей

Плотность воды - это фактор, определяющий условия передвижения водных организмов и давление на разных глубинах. Некоторые виды, распространенные на разных глубинах, переносят давление от нескольких до сотен атмосфер. Но многие гидробионты приурочены к определенным глубинам. Плотность воды обеспечивает возможность опираться на нее (важно для бесскелетных форм). Взвешенные, парящие в воде организмы объединяют в особую экологическую группу – планктон .

Плотность и вязкость воды сильно влияют на возможность активного плавания. Животных, способных к быстрому плаванию и преодолению силы течений, объединяют в группу – нектон.

Нейстон (совокупность живых организмов, обитающих у поверхности воды на границе водной и воздушной сред) подразделяется на:

· эпинейстон - организмы, располагающиеся как бы сверху этой пленки сгущения жизни;

· гипонейстон - организмы, " прикрепленные" снизу к поверхности этой пленки, – водоросли, бактерии, многие рачки и мальки рыб, имеющие на спине что-то вроде присоски для присоединения к этой пленке.

Кислородный режим. В насыщенной кислородом воде содержание его не превышает 10мл в 1л, это в 21 раз ниже, чем в атмосфере. Поэтому условия дыхания гидробионтов значительно усложнены. Верхние слои воды богаче кислородом, чем нижние. С повышением температуры и солености воды концентрация в ней кислорода понижается.

Солевой режим. Если для наземных обитателей наиболее важно обеспечение организма водой в условиях ее дефицита, то для гидробионтов не менее существенно поддержание определенного количества воды в теле при ее избытке в окружающей среде. Для гидробионтов основной способ поддержания своего солевого баланса – избегание местообитаний с неподходящей соленостью. Соленость влияет на процесс осморегуляции и водный баланс. Высокая соленость приводит к потере воды. Солевыносливые организмы вынуждены препятствовать поступлению ионов Na⁺. Ионы Cl^- в небольших концентрациях нужны растениям и животным. Водные организмы можно разделить на пресноводные и морские по степени солености воды, в которой они обитают. Немногие растения и животные могут выдерживать большие колебания солености. Если в водной среде повышается концентрация растворенных веществ, животные отвечают на это одним из двух способов. У животных, не способных регулировать осмотическую концентрацию жидкостей тела она изменяется так же как в окружающей среде. У животных способных к осморегуляции она остается прежней при всех изменениях среды.

Осмос – это переход молекул растворителя из области с более высокой их концентрацией в область с более низкой концентрацией через полупроницаемую мембрану. Гидростатическое давление, которое необходимо приложить, чтобы предотвратить осмотическое поступление воды в раствор называют осмотическим давлением этого раствора. Чем выше концентрация раствора, чем выше его осмотическое давление.

Температурный режим. Более устойчив, чем на суше. Это связано с высокой теплоемкостью воды. Годовые колебания температуры в верхних слоях океана не более 10-15°С, в континентальных водоемах – 30-35°С, глубокие слои отличаются постоянством температуры.

Световой режим. Света в воде гораздо меньше, чем в атмосфере. Часть падающих на поверхность воды лучей отражается, поэтому день под водой короче, чем на суше. Солнечные лучи не достигают глубины, т.к. поглощаются водой. В то время как животные приспособились жить на огромных океанских глубинах, растения выживают только в верхнем слое воды, куда попадает свет — лучистая энергия, необходимая для фотосинтеза. Этот слой называют фотической зоной. Так как поверхность воды отражает большую часть света, даже наиболее прозрачные океанские воды имеют фотическую зону, толщина которой не превышает 100 м. Большинство животных, обитающих ниже фотической зоны, питаются либо живыми организмами, либо останками животных и растений, постоянно опускающимися из верхнего слоя.

Некоторые специфические приспособления гидробионтов.

Сопротивление воды минимально, если отношение длины тела к наибольшему диаметру равно 4, 5. Животные достигают таких соотношений различными способами:

1. Уменьшением объемов тела;

2. Развитием разнообразных выростов;

3. Увеличением содержания в теле воды, жиров, газообразных продуктов.

Во всех случаях происходит уменьшение массы тела к его плотности.

Почва как среда жизни

Почва состоит из твердой, жидкой, газообразной и живой частей.

Твердая часть - это минеральные и органические частицы. Они составляют от 80-98 % почвенной массы и состоят из песка, глины, илистых частиц, оставшихся от материнской породы в результате почвообразовательного процесса. Соотношение этих частиц характеризует механический состав почвы.

Жидкая часть почвы, или почвенный раствор, - вода с растворенными в ней органическими и минеральными соединениями. Воды в почве содержится от долей процента до 40-60 %. Жидкая часть участвует в снабжении растений водой и растворенными элементами питания.

Газообразная часть, почвенный воздух, заполняет поры, незанятые водой. Почвенный воздух содержит больше углекислого газа и меньше кислорода, чем атмосферный воздух, а также метан, летучие органические соединения и др.

Живая часть почвы состоит из почвенных микроорганизмов (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты и др.), представителей беспозвоночных (простейших, червей, моллюсков, насекомых и их личинок), роющих позвоночных. Они обитают в основном в верхних слоях почвы, около корней растений, где добывают себе пищу. Некоторые почвенные организмы могут жить только на корнях. Всех обитателей делят на 4 группы:

1. Микрофауна – 5-100мкм (простейшие, коловратки, нематоды);

2. Мезофауна – 2-3мм (клещи, первичнобескрылые насекомые, многоножки);

3. Макрофауна – 2-20мм (личинки насекомых, дождевые черви);

4. Мегафауна - крупные землерои, в основном из числа млекопитающих.

Почва содержит микроэлементы (азот, фосфор, калий, кальций, сера, железо и др.) и микроэлементы (бор, марганец, молибден, цинк и др.), которые растения потребляют в ограниченных количествах. Их соотношение определяет химический состав почвы.

Из физических свойств почвы наибольшее значение имеет влагоемкость, водопроницаемость, скважность.

Состав и свойства почвы постоянно меняются под влиянием климата, жизнедеятельности человека. При внесении удобрений почва обогащается питательными для растений веществами, изменяет свои физические свойства. Неправильная эксплуатация может привести к нарушению почвенного покрова - к эрозии почвы (разрушению водой и ветром), засолению, заболачиванию ее. Соленость может иметь значение в наземных местообитаниях. Если испаряется больше воды, чем поступает с осадками, почвы могут засоляться. Повышение солености почвы приводит к изменению осмотического давления в корнях растений. Наука, изучающая почву, называется почвоведением.

Условия жизни в почве во многом определяются климатическими факторами, важнейшим из которых является температура. Однако по мере погружения в почву колебания температуры становятся все менее заметными; быстро затухают суточные колебания, а по мере увеличения глубины сглаживаются и сезонные различия температур.

Не менее важна увлажненность почвы. Влага в почве присутствует в различных состояниях:

1) связанная - удерживается поверхностью почвенных частиц;

2) капиллярная - занимает мелкие поры;

3) гравитационная - заполняет более крупные пустоты;

4) парообразная - содержится в почвенном воздухе.

Содержание воды неодинаково в разных почвах и в разное время.

Другая особенность почвы состоит в том, что даже на небольшой глубине в ней царит полная темнота. Кроме того, по мере погружения в почву содержание в ней кислорода уменьшается, а углекислого газа увеличивается. Поэтому на значительной глубине могут обитать лишь анаэробные бактерии, в то время как в верхних слоях почвы помимо бактерий в обилии встречаются грибы, простейшие, черви, членистоногие и даже крупные животные, прокладывающие ходы и строящие убежища.

По ряду экологических особенностей почва является промежуточной средой между водной и наземной. С водной средой ее сближают температурный режим, пониженное содержание кислорода, повышенная влажность, присутствие солей и органических веществ. С воздушной средой почву сближают наличие воздуха, угроза иссушения в верхних горизонтах, довольно резкие изменения температурного режима поверхностных слоев.

Экологические факторы

Экологический фактор – это любой элемент или условие среды, оказывающее влияние на живые организмы, на которые они реагируют приспособительными реакциями. Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать выживанию и размножению.

Условия существования – это совокупность экологических факторов, обуславливающих рост, развитие, выживание и воспроизводство организмов.

Все многообразие экологических факторов обычно подразделяют на 3 группы: абиотические, биотические и антропогенные (см. рис. 1).

Рис. 1 Основные типы экологических взаимодействий

Абиотическими факторами называют всю совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение животных и растений. Среди них различают: физические, химические и эдафические.

Физические факторы - это те, источником которых служит физическое состояние или явление (механическое, волновое и др.). Например, температура, если она высокая - будет ожог, если очень низкая - обмораживание.

Химические факторы - это те, которые происходят от химического состава среды. Например, соленость воды, если она высокая, жизнь в водоеме может вовсе отсутствовать.

Эдафические факторы, т. е. почвенные, - это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающих воздействие как на организмы, живущие в них, т. е. для которых они являются средой обитания.

Однако не только абиотические факторы влияют на организмы. Организмы образуют сообщества, где им приходится бороться за пищевые ресурсы, за обладание определенными пастбищами или территорией охоты, т. е. вступать в конкурентную борьбу между собой. При этом проявляются хищничество, паразитизм и другие сложные взаимоотношения как на внутривидовом, так и, особенно, на межвидовом уровнях. Это уже факторы живой природы, или биотические факторы.

Биотические факторы - совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других, а также на неживую среду обитания (Хрусталев и др., 1996). В последнем случае речь идет о способности самих организмов в определенной степени влиять на условия обитания. Например, в лесу под влиянием растительного покрова создается особый микроклимат, или микросреда, где по сравнению с открытым местообитанием создается свой температурно-влажностной режим: зимой здесь на несколько градусов теплее, летом - прохладнее и влажнее. Особая микросреда создается также в дуплах деревьев, в норах, в пещерах и т. п.

Особо следует отметить условия микросреды под снежным покровом, которая имеет уже чисто абиотическую природу. В результате отепляющего действия снега, которое наиболее эффективно при его толщине не менее 50-70 см, в его основании, примерно в 5-сантиметровом слое, живут зимой мелкие животные-грызуны, так как температурные условия для них здесь благоприятны (от 0 до -2 °С). Благодаря этому же эффекту сохраняются под снегом всходы озимых злаков - ржи, пшеницы. В снегу от сильных морозов прячутся и крупные животные - олени, лоси, волки, лисицы, зайцы и др. - ложась в снег для отдыха.

Таким образом, два вида любых организмов, живущих на одной территории и контактирующих друг с другом, вступают в различные отношения между собой. Основные типы экологических взаимодействий показаны на рисунке 1.

Внутривидовые взаимодействия между особями одного и того же вида складываются из группового и массового эффектов и внутривидовой конкуренции. Групповой и массовый эффекты - термины, предложенные Грассе (1944), обозначают объединение животных одного вида в группы по две или более особей и эффект, вызванный перенаселением среды. В настоящее время чаще всего эти эффекты называются демографическими факторами. Они характеризуют динамику численности и плотность групп организмов на популяционном уровне, в основе, которой лежит внутривидовая конкуренция, которая в корне отличается от межвидовой. Она проявляется в основном в, территориальном поведении животных, которые защищают места своих гнездовий и известную площадь в округе. Таковы многие птицы и рыбы.

Межвидовые взаимоотношения значительно более разнообразны. Два живущие рядом вида могут вообще никак не влиять друг на друга, могут влиять благоприятно или неблагоприятно. Возможные типы комбинаций и отражают различные виды взаимоотношений:

симбиоз (гр. Symbiosis – сожительство) - обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения различных видов организмов;

протокооперация (содружество) - форма взаимоотношений, при которыхоба вида образуют сообщество, но могут существовать и раздельно, хотя сообщество приносит им обоим пользу;

мутуализм (лат. mutuus -взаимный) - взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов;

комменсализм (лат. commensalis - сотрапезник) - форма взаимоотношений, при которыходин вид, комменсал, извлекает пользу от сожительства, а другой вид - хозяин не имеет никакой выгоды (взаимная терпимость);

«нахлебничество» - потребление остатков пищи хозяина;

«сотрапезничество» - потребление разными видами частей одной и той же пищи;

«квартиранство» - использование одними видами других (их тел, их жилищ) в качестве убежища или жилища;

аменсализм - форма взаимоотношений, при которыходин вид, аменсал, испытывает от другого угнетение роста и размножения;

паразитизм (гр. parasitos - тунеядец) – межвидовые взаимоотношения, при которых один вид живет за счет другого, поселяясь внутри или на поверхности тела организма-хозяина;

хищничество - форма взаимоотношений, организмов разных трофических уровней, при которых один организм живет за счет другого, поедая его;

конкуренция (лат. cocurrentia - соперничество) – форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга;

нейтрализм - форма взаимоотношений, при которыхоба вида независимы и не оказывают никакого действия друг на друга.

Межвидовые отношения лежат в основе существования биотических сообществ (биоценозов).

Антропогенные факторы – это совокупность различных воздействий человека на живую и неживую природу. Только своим физическим существованием люди оказывают заметное влияние на среду обитания: в процессе дыхания в атмосферу выделяется 1*10¹² кг СО₂, а с пищей потребляют около 5*10¹⁵ ккал. Значение антропогенных факторов постоянно растет, оп мере того, как человек подчиняет себе природу. Воздействие их так велико, что породило новую дисциплину – «Охрана окружающей среды».

Приведенное разделение экологических факторов на три группы, конечно, условно. Оно не может охватить всю сложность взаимоотношений организмов с окружающей средой.

Большинство факторов качественно и количественно изменяются во времени. Например, климатические - в течение суток, сезона, по годам (температура, освещенность и др.).

Факторы, изменение которых во времени повторяются регулярно, называют периодическими. К ним относятся не только климатические, но и некоторые гидрографические - приливы и отливы, некоторые океанские течения. Факторы, возникающие неожиданно (извержение вулкана, нападение хищника и т. п.) называются непериодическими.

Подразделение факторов на периодические и непериодические имеет очень важное значение при изучении приспособленности организмов к условиям жизни.

Не смотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить ряд закономерностей:

1) Закон минимума (Ю. Либих - 1840). Интенсивность тех или иных биологических процессов часто оказывается чувствительной к двум или большему числу факторов окружающей среды. В этом случае решающее значение будет принадлежать такому фактору, который имеется в минимальном, с точки зрения потребностей организма, количестве. Это правило было сформулировано основоположником науки о минеральных удобрениях Юстусом Либихом (1803—1873) и получило название закона минимума. Ю. Либих обнаружил, что урожай растений может ограничиваться любым из основных элементов питания, если только этот элемент находится в недостатке.

Известно, что разные факторы среды могут взаимодействовать, то есть недостаток одного вещества может приводить к дефициту других веществ. Поэтому в целом закон минимума можно сформулировать следующим образом: успешное выживание живых организмов зависит от комплекса условий; ограничивающим, или лимитирующим, фактором является любое состояние среды, приближающееся или выходящее за границу устойчивости для организмов данного вида.

Положение о лимитирующих факторах существенно облегчает изучение сложных ситуаций.

2) Закон толерантности . Все экологические факторы переносятся организмом лишь в определенных пределах. Данная закономерность может быть перенесена на любой фактор, которым определяется скорость тех или иных жизненных процессов (влажность, сила ветра, скорость течения и т. д.).

Если нарисовать на графике кривую, характеризующую интенсивность того или иного процесса (дыхания, движения, питания и др.) в зависимости от одного из факторов внешней среды (конечно, при условии, что этот фактор оказывает влияние на основные жизненные процессы), то эта кривая почти всегда будет иметь форму колокола.

оптимальные условия

На рисунке 2 изображена такая кривая, передающая изменения активности вида (выраженной в скорости плавания рыбы в зависимости от изменения температуры воды). Кривые, подобные изображенной на этом рисунке, называют кривыми толерантности (от греч. толеранция — терпение, устойчивость). Положение вершины кривой указывает на такие условия, которые являются оптимальными для данного процесса.

угнетение

гибель

Рис. 2.Действие температурного фактора на живые организмы

Чтобы выразить относительную степень толерантности, в экологии используют приставки стено- (от греч. stenos – узкий, тесный) и эври- (от греч. eurys – широкий), поли- (от греч. polys – многий, многочисленный) и олиго- (от греч. oligos – немногий, незначительный).

3) правило неоднозначного действия факторов, согласно которому каждый экологический фактор неодинаково влияет на разные функции организма: оптимум для одних процессов может быть пессимумом для других.

4) ГИПОТЕЗА КОМПЕНСАЦИИ (ЗАМЕЩЕНИЯ) ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФАК-ТОРОВ (В.В. Алехин и Э. Рюбель): отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов может быть компенсирован каким-либо другим близким (аналогичным) фактором. Организмы сами приспосабливаются и изменяют условия среды так, чтобы ослабить лимитирующее влияние тех или иных факторов.

5) ГИПОТЕЗА НЕЗАМЕНИМОСТИ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ была предложена В.Р. Вильямсом (1949) – полное отсутствие в среде фундаментальных экологических факторов (физиологически необходимых; например, света, воды, углекислого газа, питательных веществ) не может быть компенсировано (заменено) другими факторами.

6) ЗАКОН КРИТИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН ФАКТОРА – если один из экологических факторов выходит за пределы критических (пороговых или экстремальных) значений, то особям грозит смерть, несмотря на оптимальное сочетание других факторов. Такие факторы (иногда называемые экстремальными) приобретают первостепенное значение в жизни вида (его популяций) в каждый конкретный отрезок времени.

Биоценоз

Термин биоценоз был предложен немецким биологом К. Мебиусом (1877). Биоцено з — комплекс организмов, формирующийся в результате борьбы за существование, естественного отбора и других факторов эволюции. Биоценоз - это совокупность популяций, которая функционирует в определенном биотопе . Биотоп (био... и греч. topó s — место), участок земной поверхности (суши или водоёма) с однотипными абиотическими условиями среды (рельеф, почвы, климат и т.п.), занимаемый тем или иным биоценозом. Характерный для данного биоценоза комплекс условий определяет как видовой состав организмов, так и особенности их существования и, в свою очередь, подвергается изменениям под воздействием биоценоза. Сходные биотопы объединяют в биохоры, совокупности которых составляют биоциклы. Таким образом, биоценоз и биотоп функционируют как единое целое (рис. 6).

Рис. 6. Экосистема (Цветкова, 2003)

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒