|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
|
|
Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
ПОТОК ВЕЩЕСТВА, ЭНЕРГИИ И ИНФОРМАЦИИ
ИЗ НЕДР ЗЕМЛИ.
Рис.1. Структурная схема (блочная модель) экосистемы.
Функционирование экосистемы обеспечивается взаимодейст-вием четырех основных составляющих: 1) биотопа; 2) биоценоза; 3) потока вещества, энергии и информации, пронизывающего экосистему; 4) круговорота веществ внутри экосистемы. С точки зрения теории систем экосистемы относятся к типу открытых, т.е. обмениваются с внешней средой и веществом, и энергией, и информацией. Понятие экосистемы не ограничивается какими-то признаками ранга, размера, сложности или происхождения. Ценность этого понятия в его универсальности – оно приложимо как к относительно простым искусственным экосистемам (аквариум, теплица, пшеничное поле, обитаемый космический корабль), так и к сложным естественным (озеро, лес, океан, биосфера). В частном случае конкретная экосистема может и не содержать одного или более блоков, входящих в структурную схему (рис.1). Например, различают водные и наземные экосистемы. Все они образуют на поверхности планеты густую пеструю мозаику. П р и м е р ы э к о с и с т е м: 1. Естественные (природные): а) микроэкосистемы (лесная кочка, лужица); б) мезоэкосистемы ( роща, степь, озеро); в) макроэкосистемы (тайга, океан). 2. Искусственные (антропогенные): сельскохозяйственное поле, городской парк, искусственное водохранилище, город. Особенностью искусственных экосистем является то, что они не могут длительно сохранять свое состояние без поддержания его человеком, т.е. без внесения извне значительной энергии. Самая крупная и наиболее близкая к идеалу " самообеспечения" экосистема, известная науке, – это биосфера, которая включает все живые организмы Земли, находящиеся в постоянном взаимодействии с физической средой Земли, в результате чего эта система, через которую проходит поток вещества, энергии и информации от Солнца, из космоса и из недр Земли, находится в состоянии устойчивого динамического равновесия. Экосистема – понятие весьма широкое. Его главное значение для экологической теории состоит в том, что оно подчеркивает обязательное наличие материальных, энергетических и информационных взаимоотношений, взаимозависимостей и причинно-следственных связей между отдельными блоками, иначе говоря, объединения блоков в функциональное целое. Экосистема является основной функциональной единицей экологии.
Э К О Л О Г И Ч Е С К И Е Ф А К Т О Р Ы.
Экологическими факторами называются важные для жизни организма компоненты окружающей среды, с которыми он неизбежно сталкивается. Экологические факторы могут быть необходимы или вредны для живых существ, способствовать или препятствовать жизнедеятельности. Совокупность экологических факторов, обуславливающих рост, развитие, выживание и воспроизводство потомства организмами образует условия существования. Экологические факторы могут быть классифицированы по различным признакам. 1. По расположению источника фактора относительно границы экосистемы принято различать внешние и внутренние факторы. Внешние факторы воздействуют на экосистему, но не испытывают непосредственного обратного действия (солнечная радиация, атмосферное давление, ветер и т.п.). Внутренние факторы связаны со свойствами самой экосистемы и образуют ее состав (пища, концентрации веществ, состав воздуха, численность популяции и т.п.). По изменению во времени (динамике) различают факторы: – периодические (смена времени суток, времен года, приливно- отливные явления и т.п.); – действующие без строгой периодичности (погодные явления, наводнения, ураганы, землетрясения и т.п.); – факторы направленного действия, изменяющиеся в одном направлении (потепление или похолодание климата, заболачивание территорий и т.п.). 2. В соответствии со структурой экосистемы, содержащей абиотическую и биотическую части (см. рис.1), в ней могут быть выделены два класса факторов, определяющих ее состояние: А. Абиотические факторы; Б. Биотические факторы. Особый класс составляют антропогенные факторы, характеризующие различные воздействия человека на неживую и живую природу. А. Абиотические факторы в соответствии со структурой биотопа разделяются на климатические, географические, эдафические и гидрологические. - Климатические факторы характеризуют физико-химические свойства атмосферы. К ним относятся: температура, влажность, давление, скорость движения, степень ионизации воздуха, освещенность. Климатические факторы имеют первостепенное значение, т.к. именно от этих факторов, в первую очередь, зависит географическое распространение видов животных и растений на земной поверхности. Газовый состав воздуха, содержание посторонних газов, примесей, пыли и т.п., вообще говоря, не являются климатическими факторами, но характеризуют состояние атмосферного воздуха. - Географические факторы (географическая широта, продолжительность дня и ночи, рельеф местности). - Эдафические факторы (от гр. edaphos – почва) характеризуют физико-химические свойства почвы. К ним относятся: состав, структура и влажность почвы. Эдафические факторы важны для наземных животных и особенно обитателей почвы, а также для всех растений. - Гидрологические факторы (от гр. hydor – вода) характеризуют физико-химические свойства воды. К ним относятся: температура, содержание солей, газов (в первую очередь кислорода и углекислого газа), микроэлементов, течение, волнение и т.д. Гидрологические факторы являются определяющими для рыб и других водных организмов. К абиотическим факторам относят также физические поля (гравитационное, магнитное, электромагнитное), ионизирующее излучение. Абиотические факторы могут быть охарактеризованы количественно и доступны для объективного измерения. Б. Биотические факторы – это прямые или опосредованные воздействия на конкретный организм других организмов, населяющих общую среду обитания. Биотические факторы принято разделять на внутривидовые и межвидовые, антогонистические и неантогонистические. - Внутривидовые биотические факторы действуют внутри данного вида в популяции. К ним относятся: а) демографические факторы (численность и плотность популяции, продолжительность жизни особей, плодовитость, смертность и т.п.); б) этологические факторы , т.е. поведенческие, играющие значительную роль у животных с развитой психикой (контакты между членами семьи, группы, стада, популяции, отношения полов, размножение, уход за потомством, взаимопомощь и защита или, наоборот, возникновение внутривидовой конкуренции, отношений доминирования и подчинения, иерархии в стаде или в популяции и т.п.). - Межвидовые биотические факторы действуют между представителями разных видов, населяющих одну экосистему. К ним относятся: а) антогонистические: – хищничество ( +, – ); – паразитизм ( +, –); – конкуренция ( –, – ); б) неантогонистические: – симбиоз (от гр. symbiosis – сожительство), ( +, + ) – это обоюдовыгодные, но не обязательные взаимоотношения разных видов организмов; – мутуализм (от лат. mutuus – взаимный), ( +, + ) – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов; – комменсализм (от лат. commensalis – сотрапезник), ( +, 0) – взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны; – нейтрализм ( 0, 0 ) – взаимоотношения, при которых организмы практически не оказывают влияния друг на друга.
Трубицын А.В. Л Е К Ц И Я 3.
Тема: ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ПРИНЦИПЫ И ЗАКОНЫ ЭКОЛОГИИ. (продолжение)
План лекции: 1. Закон минимума Либиха. 2. Закон толерантности Шелфорда. 3. Закон экологической сукцессии. 4. Закон гомеостаза. 5. Закон квантитативной компенсации. 6. Законы Б. Коммонера. 7. Правило Ле Шателье - Браун.
1. ЗАКОН МИНИМУМА Ю. ЛИБИХА. В 1840 году немецкий химик Юстус Либих, выращивая растения на синтетических средах, обнаружил, что для нормального роста растения необходимо определенное число и количество химических элементов и соединений. Одни из них должны находится в среде в очень больших количествах, другие в малых, а третьи вообще в виде следов. И, что особенно важно: одни элементы не могут быть заменены другими. Среда, содержащая все элементы в изобилии, кроме одного, обеспечивает рост растения лишь до того момента, пока количество последнего не будет исчерпано. Рост ограничивается, таким образом, нехваткой единственного элемента, количество которого было ниже необходимого минимума. Этот закон, сформулированный Ю. Либихом применительно к роли химических эдафических факторов в жизни растений и названный им законом минимума, имеет, как выяснилось позже, универсальный экологический характер и играет важную роль в экологии. Закон минимума: “ Если все условия окружающей среды оказываются благоприятными для рассматриваемого организма за исключением одного, проявленного недостаточно (значение которого приближается к экологическому минимуму), то в этом случае это последнее условие, называемое лимитирующим фактором, приобретает решающее значение для жизни или смерти рассматриваемого организма, а следовательно, его присутствия или отсутствия в данной экосистеме”. 2. ЗАКОН ТОЛЕРАНТНОСТИ ШЕЛФОРДА. В 1913 году американский эколог В. Шелфорд обобщил закон минимума Либиха, открыв, что кроме нижнего предела интенсивности существует также и верхний предел интенсивности факторов внешней среды, определяющий верхнюю границу диапазона интенсивностей, соответствующего условиям нормальной жизнедеятельности организмов. В этой формулировке закон, названный экологическим законом толерантности, стал иметь более общий универсальный характер. Закон толерантности (лат. tolerantia – терпение): ” Каждый организм характеризуется экологическим минимумом и экологическим максимумом интенсивности каждого фактора внешней среды, в пределах которых возможна жизнедеятельность“. Диапазон экологического фактора между минимумом и максимумом называется диапазоном или областью толерантности. Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия и в ответных реакциях живых организмов можно выявить ряд общих закономерностей. Количественный диапазон фактора, наиболее благоприятный для жизнедеятельности, называется экологическим оптимумом (лат. оptimus – наилучший). Значения фактора, лежащие в зоне угнетения, называются экологическим пессимумом (лат. pessimum – наихудший). Минимальные и максимальные значения фактора, при которых наступает гибель, называются соответственно экологическим минимумом и экологическим максимумом. Графически это иллюстрируется на рис.3-1. Кривая на рис.3-1, как правило, не является симметричной. Например, по такому фактору как температура, экологический максимум соответствует температурам, при которых разрушаются ферменты и белки (+50 ¸ +60 °С). Однако, отдельные организмы могут существовать и при более высоких температурах. Так, в горячих источниках Комчатки и Америки обнаружены водоросли при t > +80 °С. Нижний предел температуры, при котором возможна жизнь, около -70 °С, хотя кустарники в Якутии не вымерзают даже при такой температуре. В анабиозе (гр. anabiosis – выживание), т.е. в неактивном состоянии, некоторые организмы сохраняются при абсолютном нуле (-273 °С).
Рис. 3-1. Зависимость жизнедеятельности от интенсивности экологического фактора.
Можно сформулировать ряд положений, дополняющих закон толерантности: 1. Организмы могут иметь широкий диапазон толерантности в отношении одного фактора внешней среды и узкий диапазон в отношении другого. 2. Организмы с широким диапазоном толерантности по большинству факторов обычно наиболее широко распространены. 3. Если условия по одному экологическому фактору не оптимальны для данного вида, то может сузиться и диапазон толерантности по другим экологическим факторам. Например, при близком к минимальному содержанию азота в почве снижается засухоустойчивость злаков. 4. В период размножения диапазон толерантности, как правило, сужается.
Организмы с узким диапазоном толерантности, или узкоприспособленные виды, способные существовать лишь при небольших отклонениях фактора от оптимального значения, носят название стенобионтных, или стеноэков (гр. stenos – узкий, тесный). Организмы с широким диапазоном толерантности, или широкоприспособленные виды, способные выдерживать большую амплитуду колебаний экологического фактора, носят название эврибионтных, или эвриэков (гр. eurys – широкий). Свойство организмов адаптироваться к существованию в том или ином диапазоне экологического фактора называется экологической пластичностью. Близким к экологической пластичности является понятие экологической валентности, которое определяется как способность организма заселять разнообразные среды. Таким образом, стенобионты экологически непластичны, т.е. маловыносливы, имеют низкую экологическую валентность; эврибионты напротив – экологически пластичны, т.е. более выносливы, и имеют высокую экологическую валентность. Для обозначения отношения организмов к конкретному фактору к его названию прибавляют приставки: стено- и эври-. Так, по отношению к температуре бывают стенотермные (карликовая береза, банановое дерево) и эвритермные (растения умеренного пояса) виды; по отношению к солености — стеногалинные (карась, камбала) и эвригалинные (колюшка); по отношению к свету — стенофонтные (ель) и эврифонтные (шиповник) и т.д. Стено- и эврибионтность проявляется, как правило, по отношению к одному или немногим факторам. Эврибионты обычно широко распространены. Многие простейшие эврибионты (бактерии, грибы, водоросли) являются космополитами. Стенобионты, напротив, имеют ограниченный ареал распространения. Экологическая пластичность и экологическая валентность организмов часто изменяется при переходе от одной стадии развития к другой; молодые особи, как правило, более уязвимы и более требовательны к условиям среды, чем взрослые. Вместе с тем организмы не являются рабами физических условий среды; они приспосабливаются сами и изменяют условия среды так, чтобы ослабить влияние лимитирующего фактора. Такая компенсация лимитирующих факторов особенно эффективна на уровне сообщества, но возможна и на уровне популяции. Виды с широким географическим распространением почти всегда образуют адаптированные к местным условиям популяции, называемые экотипами. Их оптимумы и пределы толерантности соответствуют местным условиям. Появление экотипов иногда сопровождается генетическим закреплением приобретенных свойств и признаков, т.е. к появлению рас. Организмы, живущие длительное время в относительно стабильных условиях, утрачивают экологическую пластичность, а те, которые были подвержены значительным колебаниям фактора, становятся более выносливыми к нему, т.е. увеличивают экологическую пластичность. У животных компенсация лимитирующих факторов возможна благодаря адаптивному поведению – они избегают крайних значений лимитирующих факторов. При приближении к экстремальным условиям возрастает энергетическая цена адаптации. Если в реку сбрасывается перегретая вода, то рыбы и другие организмы тратят почти всю энергию на преодоление этого стресса. Им не хватает энергии на добывание пищи, защиту от хищников, размножение, что приводит к вымиранию. Итак, организмы в природе зависят от: 1) интенсивности факторов внешней cреды; Популярное:
|
Последнее изменение этой страницы: 2017-03-08; Просмотров: 1436; Нарушение авторского права страницы
