1. Предмет экологии. Связь экологии с другими науками. Основные разделы экологии. Актуальность фундаментальных и прикладных исследований.

1869 г. Эрнст Геккель  Экология – это наука об отношениях организмов  к ОС , куда относят в широком смысле все условия существования.

Экология включает в себя 3 раздела: аутэкология (исследует взаимоотношения со средой отдельных организмов); демоэкология (изучает взаимосвязь со средой обитания, популяции живых организмов); синэкология (изучает взаимоотношения со средой сообщества и экосистем).

Основные заблуждения в сфере взаимодействия природы и человека (экол. мифы): «Человек всесилен и могущ». Мы не можем ждать милости от природы. О светлом ноосферном будущем. (ноосфера – сфера разума). Об экологически чистом пространстве и не воздействии человека на природу. О цене природных ресурсов и плате за пользование ими.

Одной из главных задач экологии как сферы взаимодействий природа – человек, является сглаживание противоречий, неизбежно возникающих в процессе взаимоотношений человека  с ОС, поиск путей по оптимизации данных взаимоотношений и нейтрализации отрицательных последствий общения человека с природой.

Истинная экология. Человек не царь природы, а всего лишь часть. О невмешательстве в ход природных процессов. О сложности природы. О возможностях биосферы. О невозможности не влияния на природу.

2. Теоретическая база экологии. Основные экологические законы и правила. Закон оптимума.

• Неоднозначность действия факторов. Один и тот же экол.фактор может по разному влиять на разные функции живых  орг-мов.

• Инд.изменчивость.  чувствительность к факторам среды. У разных представителей одного вида почти всегда существует различие в степени выносливости к воздействию того или иного фактора. Это объясняется индивидуальной наследственной изменчивостью половыми, возрастными, физиологическими особенностями.

• Правило взаимодействия факторов.Факторы среды, действуя одновременно, м. усиливать, либо ослаблять действия друг на друга.

• Независимость приспособления к факторам среды.Организмы, независимо приспосабливаясь к разным факторам, могут иметь разные пределы выносливости по отношению к каждому из них.Совокупность экологических валентностей к отдельным экологическим факторам составляет экологический спектр вида.

• Правило ограничивающих факторов.Наибольшие воздействия на живой организм оказывает тот фактор, который наиболее далёк от оптимального для него значения.(закон минимизма Либиха), (закон толерантности Шелфорда).

• Концепция  совокупного действия природных факторов Митчеролих Каждый из факторов соответственным образом влияет на живой организм и его функции.

• Гипотеза компенсации (замещения) экол.факторов (Олёхин, Любин).

Отсутствие или недостаток некоторых экологических факторов могут быть компенсированы другими близкими аналогичными факторами.

• Гипотеза незаменимости фундаментальных факторов  (В.А. Вильямса).

Полное отсутствие в среде фундаментальных (физиологически необходимых факторов) вода, свет, проч.. не могут быть компенсированы другими факторами.

В действии факторов среды и в реакциях на данное действие живых организмов  можно, не смотря на огромное разнообразие экологических факторов увидеть некоторые общие закономерности.

Закон оптимума. Фактор среды может оказывать на живой организм как позитивное, так и негативное воздействие. Те пределы колебания силы фактора,  которые наиболее всего благоприятствуют жизненным функциям организма, называются зоной оптимума экологического фактора или зоной нормальной жизнедеятельности. Отклоняющиеся от оптимума значения входят в зону пессимума или угнетения. Минимальные и максимальные значения того или иного фактора за пределами которых существование организма невозможно, своеобразные критические значения или критические точки определяют степень выносливости вида или его экологическую валентность. Виды с широкой экологической валентностью по тому или иному фактору выносят широкие пределы колебания последнего, с узкой – незначительные пределы. Так например наземные тундровые животные – северный олень, песец, волк могут переносить колебания температур в диапазоне 80-85⁰ С (от +30 до 50-55⁰ С). Водные животные в большинстве случаев переносят гораздо менее значительные колебания температур. Некоторые теплолюбивые рыбы и ракообразные способны жить лишь в температурных пределах от +22-23⁰ С до +29-30⁰ С. 

Виды живых организмов, обладающие широкой экологической валентностью принято называть эврибионтными, с узкой – стенобионтными. Соответственно виды, выносящие значительные колебания температур именуют эвритермными, узкие стенотермными, виды могущие переносить широкие колебания условий освещения относят к эврифотным, узкие – к стенофотным. 

3. Закон неоднозначности воздействия факторов среды на организмы. Закон независимости приспособления к разным факторам.

Закон неоднозначности действия фактора.  

Один и тот же экологический фактор может неодинаково влиять на разные функции живых организмов. В качестве примера можно привести различие оптимальных температур роста и созревания пыльцы у огурцов. У многих водных животных, например рыб оптимальные температуры созревания половых продуктов не совпадают с температурами наиболее подходящими для икрометания. В соответствии с данной закономерностью в продолжение своей жизни организмы чередуют периоды активизации и затухания тех или иных функций —  в зависимости от того, какой функции благоприятствуют на данный момент условия среды обитания.

Закон независимости приспособления к факторам среды.

Живые организмы, независимо приспосабливаясь к разным экологическим факторам, могут иметь разные пределы выносливости по отношению к каждому из них. Так, например, виды, переносящие широкие пределы колебания влажности, могут быть очень чувствительны к температуре и переносить лишь незначительные колебания последней. Отдельный вид живого организма может быть стенофотным (переносящим лишь небольшие колебания освещенности) и одновременно эвритермным (выносящим широкую амплитуду колебания температуры) и наоборот. Таким образом, экологические валентности видов по отношению к разным факторам могут быть очень и очень разнообразны. Совокупность экологических валентностей к отдельным экологическим факторам составляет экологический спектр вида.

4. Закон минимума Либиха и его современная интерпретация. Правило взаимодействия факторов и его практическое значение.

Закон минимума Либиха

Правило ограничивающих факторов. 

Это правило представляет собой обобщение законов минимума Либиха и толерантности  Шелфорда. Наибольшее воздействие на живой организм оказывает тот фактор, который наиболее всего далек от оптимального для него значения. Жизнь организма будет угнетена  и затруднена в случае значительного отклонения одного из экологических факторов от оптимума. В том же  случае когда всего один какой либо фактор среды уже выходит за пределы экологической валентности вида его существование будет невозможным, даже если все остальные факторы будут находиться в оптимуме. Ограничивающие или другими словами лимитирующие факторы в частности ограничивают географическое распространение вида и определяют, таким образом, ареал вида. Очень часто продвижение вида в меридиональном направлении сдерживает температурный фактор. Влияют ограничивающие факторы и на биотопическое распределение видов. Например, недостаточная освещенность на определенных участках леса является лимитирующим фактором для лесных светолюбивых трав, которые не произрастают в тенистых липово-дубовых лесах, но могут расти в светлых березняках и осинниках. Очень часто ограничивающим фактором может быть воздействие человека в той или иной форме. Некоторые виды животных или растений не выносят концентрации определенных химических веществ, например оксида азота, в атмосфере. Другие виды могут быть менее чувствительны к выбросам данного вещества, но не выносить другого. Многие животные не могут мириться с соседством человека и исчезают из мест обитания даже при относительно малой их посещаемости людьми.

Правило взаимодействия факторов.

Факторы среды, действуя одновременно, могут либо усиливать, либо ослаблять действие друг друга в той или иной степени. Данное правило можно хорошо наблюдать на примере взаимодействия температуры и влажности. Пониженная и повышенная температуры воздуха легче переносятся большинством наземных организмов при пониженной его влажности. Животным легче переносить мороз в безветренную погоду, чем при даже не очень сильном ветре. Данное правило имеет важное практическое значение. Значения предельно допустимых факторов рассчитывают с учетом эффекта их совместного действия или суммации действия.

5. Аутэкология. Понятие среды обитания. Классификация факторов среды. Воздействие факторов среды на живой организм.

Аутэкология изучает воздействие факторов среды обитания на отдельные организмы.

Среда обитания – та часть природы, которая окружает  живой организм и непосредственно с ним взаимодействует.

Отдельные свойства или части среды, которые взаимодействуют на организмы – экологические факторы, иначе  факторы среды. Бывают:

-абиотические (свойства неживой природы);

-биотические факторы, или биотические взаимодействия (различные виды воздействия живых организмов друг на друга);

-антропогенные (все виды воздействия человека и его деятельности на организм) 

Факторы воздействия по характеру воздействия: относительно – постоянные (состав атм.воздуха), в разной степени изменчивый.

Изменения  экол.факторов бывают: регулярно периодические (колебания температуры по сезонам года), нерегулярно периодические, направленные на протяжении опр.времени.

Воздействие среды на организм носит разнообразный хар-р: как раздражители (изменение физиологии), изменение на биохим.уровне, как ограничители, как модификаторы, как сигнализаторы.

6. Основные абиотические факторы и значимость их для живых организмов. Воздействие света на живые организмы.

Абиотические факторы это свойства неживой природы, которые оказывают воздействие на живые организмы. К ним относят температуру, свет, естественное радиоактивное излучение, ветер, давление, влажность воздуха, соленость воды и другие.  

Свет (солнеч.радиация).

Свет необходим и растениям, и животным. Для растений свет яв-ся необходимым условием существования. Гелеофиты (светолюбивые) –сосна. Сцилофиты (тенелюбивые ) 

Адаптация растений к улавливанию света: форма и размер листа; размер хлоропластов (мелкие лучше улавливают свет); периодизм развития; простр.ориентация листьев; гелеонтропизм – поворачивание стебля.

Для животных свет является прежде всего условием ориентации в пространстве.

Животные м.быть:   -дневные,  ночные, сумеречные, животные, которым свет не нужен (в почве).

Адаптация животных к улавливанию света: суточный ритм активности; развитие органов зрения; биолюминесценция; эхолокация (летучая мышь, дельфины); термолокация.

8. Основные среды жизни и их характеристики. Наземно-воздушная среда обитания и адаптация живых организмов к существованию в данной среде. 

Основные среды жизни: -водная, — суша, — организменная, -почвенная.

Наземно – воздушная среда обитания. Плотность и давление. г/см.куб. Давление воздуха ниже давления воды, поэтому живые организмы суши должны иметь опорно-двигательную систему мощную. Низкое давление воздуха обеспечивает более оптимальное условия передвижения. Давление воздуха  с высотой  меняется  не так значительно, как в водной толще и на высоте 5,6 км. В целом наземные организмы могут считать стенобатными организмами, которые не выносят резких колебаний давления.

Газовый состав, кислородный режим. Воздушную среду отличает стабильный кислородный режим и газовый состав. Это объясняется высокой диффузионной способностью с одной стороны, и с другой стороны, постоянным перемешиванием и перемещением воздушных масс. Вследствие этого подавляющее большинство живых организмов наземно-воздушной среды являются стенооксибионтными видами.

Влажность. Воздушная среда характеризуется не одинаковой влажностью. Обитающие на суше существаимеют широкий спектр разнообразных адаптаций к дефициту воды.

Температура и температурный условия. На суше температурные колебания имебт значительно большую амплитуду, чем в воде. В виду такой нестабильности, среди наземных организмов в целом преобладают эвритерные виды.

Световой режим. Условия освещенности в наземно-воздушной среде такие, что они являются ограничивающим фактором даже для очень требовательных к свету видов.

10. Биологические ритмы и их адаптивное значение. Сезонные ритмы.

Вся жизнь  идет, подчиняясь определенному ритму.

Все процессы и виды жизнедеятельности организмов синхронизируют биол.часы или биол.ритмы.

Все ритмы принято подразделять на внешние и внутренние.

Внешние имеют геофизическую природу. 

Внутренние циклы –это физиологические ритмы организма. Они меняются под действием факторов среды лишь в узких пределах. Ряд изменений в деятельности живых организмов совпадают по периоду с внешними циклами. Эти циклы получили название адаптивных биологических ритмов.

Адаптивные биолог.ритмы представляют собой приспособленностью физиологии живых существ к регулярным биолог.изменениям во внеш.среде.

Виды адаптивных биологических ритмов. суточные ритмы – однофазные – в течение суток смена активности и покоя происходит 1 раз (совы, воробьи); двухфазные – у животных, ведущих сумеречный образ жизни; полифазные – в течение суток несколько раз (землеройка);

У многих видов суточные ритмы носят эндогенный характер. На самом деле является околосуточными (циркадными) ритмами. Приливно – отливные ритмы случаются 2 раза в сутки, связаны  с лунными сутками, которые имеют продолжительность 24 ч.50мин (2 прилива, 2 отлива). Лунно – месячные ритмы – связаны с лунными (сенодическим месяцем 29,5 суток) Годичные – сезонные ритмы (листопад, спячка, миграция птиц). Многие годичные ритмы тоже имеют эндогенную природу. Ритмы, связанные с активностью Солнца – имеют период 11 лет (шелкопряд)

11. Суточные, приливно-отливные лунно-месячные и многолетние ритмы.

Виды адаптивных биологических ритмов.

-суточные ритмы

1)однофазные – в течение суток смена активности и покоя происходит 1 раз (совы, воробьи);

2) двухфазные – у животных, ведущих сумеречный образ жизни;

3) полифазные – в течение суток несколько раз (землеройка);

У многих видов суточные ритмы носят эндогенный характер. На самом деле является околосуточными (циркадными) ритмами.

-приливно – отливные ритмы случаются 2 раза в сутки, связаны  с лунными сутками, которые имеют продолжительность 24 ч.50мин (2 прилива, 2 отлива).

-лунно – месячные ритмы – связаны с лунными (сенодическим месяцем 29,5 суток)

-годичные – сезонные ритмы (листопад, спячка, миграция птиц). Многие годичные ритмы тоже имеют эндогенную природу.

-ритмы, связанные с активностью Солнца – имеют период 11 лет (шелкопряд).

7. Воздействие температуры и влажности на живые организмы.

Температура

-Криофилы (холодолюбивые) – рыба-налим

-термофилы (бактерии и водоросли в горячих источниках).

У живых организмов, живущих вне оптимальных t условий, вырабатывается способность выносить такие экстремальные условия, для чего сущ-ет несколько путей: различные биохим. перестройки; физические изменения (густой мех к холодным t; поддержание постоянной t тела.

Температурная адаптация у растений. Испарение воды. Сокращение площади поверхности  (от выс. t); Архитекторинг внешнего строения (от низких t). Изменение состава клеточной жидкости (от низких t).

По степени приспособленности к дефициту тепла различают 3 группы: нехолодостойкие (некоторые грибы, тропические растения – бананы); неморозостойкие (субтропические виды – мандарины, до 5-7 град – апельсин, лимон),морозойстойчивые (любой вид наших растений).

По степени адаптации к высоким t; нежаростойкий вид  (до +30 — +40°С – водные цветковые растения – кувшинка, кубышка); жаровыносливые (до +50 — +60°С – растения пустынь, саван), жароустойчивые (термофильные бактерии и водоросли горячих источников – пирофиты).

Температурная адаптация животных.

хим. терморегуляция — активное изменение величины теплопродукции в ответ на изменение t среды; физ.терморегуляция – изменение условий телоотдачи при изменении t вследствии физ.изменений (жировые прослойки, волосяной покров, испарительная теплоотдача; поведение организмов.

Влажность. Поддержание водяного баланса имеет огромное значение для живых организмов. Среди растений по степени требовательности к влаге выделяют следующие группы: гидатофиты – это водные растения; гидрофиты – наземноводные растения (тростник, камыш) – (околоводные); гигрофиты – наземные растения влажных мест (росянка); Мезофиты – растения, которые могут переносить непродолжительную засуху; Ксерофиты – растения засушливых мест, которые подразделяются: склерофиты суккуленты (кактусы).

Водный баланс наземных животных. Пути приспособлений к дефициту влаги: поведенческие адаптации (избегание сухих мест, жизнь рядом с водоемами); сокращение испарения и выделение воды с продуктами обмена; запасание жира

9. Водная и почвенная среды обитания и адаптации к ним живых организмов.

Почва как  среда обитания.

Плотность.Не смотря на то, что почва по абсолютной плотности опережает другие среды , для огромного большинства живых организмов это не является препятствием. В виду наличия большого количества разнообразных пустот и полостей, большая плотность почвы не явл.препятствием для передвижения мелких организмов. В 1 м.кв. 100 млрд.клет.бактерий, простейших, до млн.нематод и др.почвенных клещей.

Газовый состав, кислородный режим.Неоднороден на протяжении почвенного профиля. В поверхностных слоях он почти идентичен таковому в наземно-воздушной среде. С глубиной содержание кислорода падает, а углекислого газа – растет. В зависимости от количества органики и интенсивности разложения в почве м.присутствовать разные количества  аммиака NH₃, H₂S, сероводорода, метана.

Влажность.В почве вода присутствует в разных состояниях, а в целом условия увлажнения в ней несколько более благоприятны, чем в наземно-воздушной среде.

Температура и температурный условия.Температурный режим неоднороден на протяжении почвенного профиля наиболее не стабилен у поверхности. Зависит от свойств самих почв (мех.состав, плотность), от растительного покрова, от интенсивности процессов гниения и др. однако на глубине 1,5 м температурные колебания перестают осуществлятся.

Световой режим.Солнечные лучи проникают только  в поверхностные слои почвы в среднем не более чем на 10 см, поэтому основная масса фотосинтетиков сосредоточена в поверхностном слое почвы мощностью 1 см.. Многе почвенные животные не имеют органов зрения в связи  с недостатком или отсутствием света. 

Соленость.Соленость и кислотность очень неоднородны  и в горизонт.и в верт.направлении и зависят от св-в почвы и характера почвенных процессов.

В водной среде обитает около 150 000 видов животных и 10 000 растений

Воде свойственна высокая плотность (1 г/см3, что в 800 раз больше плотности воздуха) и вязкость.

Высокая плотность водной среды определяет особый состав и характер изменения жизнеобеспечивающих факторов. Одни из них те же, что и на суше – тепло, свет, другие специфические: давление воды (с глубиной увеличивается на 1 атм. на каждые 10 м), содержание кислорода, состав солей, кислотность. Благодаря высокой плотности среды, значения тепла и света с градиентом высоты изменяются гораздо быстрее, чем на суше. 

 Тепловой режим. Для водной среды характерен меньший приход тепла, т.к. значительная часть его отражается, и не менее значительная часть расходуется на испарение. Температура воды обладает меньшими колебаниями суточных и сезонных температур. В связи с разной степенью прогревания верхних и нижних слоев в течение года, приливами и отливами, течениями, штормами происходит постоянное перемешивание водных слоев. Роль перемешивания воды для водных обитателей (гидробионтов) исключительно велика, т.к. при этом выравнивается распределение кислорода и питательных веществ внутри водоемов, обеспечивая обменные процессы между организмами и средой.

Световой режим. Интенсивность света в воде сильно ослаблена из-за его отражения поверхностью и поглощения самой водой. Это сильно сказывается на развитии фотосинтезирующих растений. Чем меньше прозрачность воды, тем сильнее поглощается свет. Прозрачность воды лимитируется минеральными взвесями, планктоном. Уменьшается она при бурном развитии мелких организмов летом, а в умеренных и северных широтах – еще и зимой, после установления ледового покрова и укрытия его сверху снегом.

К недостатку света растения приспособились развитием хроматофоров крупных размеров, обеспечивающих низкую точку компенсации фотосинтеза, а также увеличением площади ассимилирующих органов (индекса листовой поверхности). Для глубоководных водорослей типичны сильно рассеченные листья, пластинки листьев тонкие, просвечивающиеся. Для полупогруженных и плавающих растений характерна гетерофиллия – листья над водой такие же, как у наземных растений, имеют цельную пластинку, развит устьичный аппарат, а в воде листья очень тонкие, состоят из узких нитевидных долей.

Природным водоемам свойствен определенный химический состав. Преобладают карбонаты, сульфаты, хлориды. В пресной воде (гипотоническая среда) хорошо выражены процессы осморегуляции. Гидробионты вынуждены постоянно удалять проникающую в них воду, они гомойосмотичны (инфузории каждые 2-3 минуты «прокачивают» через себя количество воды, равное ее весу). В соленой воде (изотоническая среда) концентрация солей в телах и тканях гидробионтов одинакова (изотонична) с концентрацией солей, растворенных в воде – они пойкилоосмотичны. Поэтому у обитателей соленых водоемов осморегуляторные функции не развиты, и они не смогли заселить пресные водоемы. 

Водные растения способны поглощать воду и питательные вещества из воды – «бульона», всей поверхностью, поэтому у них сильно расчленены листья и слабо развиты проводящие ткани и корни. Корни служат в основном для прикрепления к подводному субстрату. У большинства растений пресных водоемов есть корни. 

12. Биотические факторы и биотические взаимодействия. Основные типы биотических взаимоотношений живых организмов.

Непосредственное живое окружение организма составляет его биотическую среду. Каждый вид способен существовать только в определенной биотической среде. Отношения между организмами носят очень разнообразный характер, зачастую неоднозначный, но тем не менее могут быть подразделены на следующие группы.

Отношения типа «хищник-жертва» и «паразит-хозяин» — это отношения, которые не являются «полезными» для одного и «негативными» для другого. Хищник (в экол.смысле) – организм, который обязательно убивает свою жертву. Паразитизм – вид взаимодействия, когда один организм не убивает другой, а изнуряет его, используя его ресурсы. Промежуточное понятие между хищничеством и паразитизмом занимают паразитоидные отношения, когда паразит на определенной стадии должен убить хозяина (наездник откладывает яйца в личинку бабочки-белянки). Эволюционно паразитические отношения могут переходить в нейтральные и иногда даже во взаимовыгодные (трипанозомы в крови антилоп).

Комменсализм – вид взаимоотношений благоприятный, но безразличный для другого. Формируется когда деятельность одного доставляет пищу или убежище другого. Ворона строит новое гнездо каждый год, в старом может поселиться ястреб или ушастая сова. 2 вида взаимоотношений: 1) нахлебничество, 2) квартиранство.

Аменсализм – взаимоотношения, когда одному безразлично, другому плохо. (одно растение затеняет другое, ель и шалфей, дуб и шалфей)

Мутуализм – взаимовыгодные отношения (+/+). Актиния и рак-отшельник – факультативный мутуализм. Обязательный мутуализм – симбиоз (существуют отношения, когда существование одного вида невозможно без другого).

Конкуренция – взаимодействие между видами, негативные для взаимодействующих организмов, как правило, возникают между видами, у которых одинаковые экотребования (волк/рысь, волк/лисица). В конкурентной борьбе много форм: затемнение, перехват воды и пищевых веществ, аллелопатия (рогус блокирует рост рдеста), прямое уничтожение.

Нейтрализм – совместное обитание, не оказывающее ни положительного, ни отрицательного воздействия ни на один, ни на другой вид (белка и лоси).

13. Отношения типа хищник-жертва и паразит-хозяин.

Хищничество. Отношения типа хищник-жертва чрезвычайно распространены в живой природе. Это отношения благоприятные для одного из взаимодействующих организмов и негативные для другого. Хищником можно считать организм, который поедает свою жертву, обязательно губит ее. В экологическом смысле понятие хищник является более широким, чем в бытовом понимании. Так хищником является не только лев, поедающий антилопу или ястреб, поймавший птицу. Поймавшая бабочку листовертку мухоловка, собирающий личинок жука щелкуна грач тоже являются хищниками. 

Паразитизм. Это такой вид взаимодействий при котором один организм использует ресурсы другого, истощая, но не убивая его. Эктопаразиты живут на поверхности тела хозяина. Это например блоха или клещ, обитающие на лисице или волке. Эндопаразиты обитают внутри тела хозяина, например в кишечнике (бычий цепень в кишечнике собаки) или даже в клетке (внутриклеточные паразиты, например малярийный плазмодий или трихомонада).

Промежуточный характер между хищническими и паразитическими отношениями имеют так называемые паразитоидные отношения. Это виды взаимодействий, при которых один организм использует ресурсы другого как паразит, но на определенной стадии жизненного цикла вынужден убить своего хозяина. Классическим примером паразитоидных взаимоотношений являются взаимодействия наездника анофелеса и капустной белянки. Отложенные самкой наездника яйца в теле гусеницы белянки развиваются в личинок. Личинки на определенной стадии развития должны выйти из тела хозяина, который при этом гибнет.

14. Конкурентные, нейтральные и взаимовыгодные отношения.

Комменсализм – вид взаимоотношений благоприятный, но безразличный для другого. Формируется когда деятельность одного доставляет пищу или убежище другого. Ворона строит новое гнездо каждый год, в старом может поселиться ястреб или ушастая сова. 2 вида взаимоотношений: 1) нахлебничество, 2) квартиранство.

Аменсализм – взаимоотношения, когда одному безразлично, другому плохо. (одно растение затеняет другое, ель и шалфей, дуб и шалфей)

Мутуализм – взаимовыгодные отношения (+/+). Актиния и рак-отшельник – факультативный мутуализм. Обязательный мутуализм – симбиоз (существуют отношения, когда существование одного вида невозможно без другого).

Конкуренция – взаимодействие между видами, негативные для взаимодействующих организмов, как правило, возникают между видами, у которых одинаковые экотребования (волк/рысь, волк/лисица). В конкурентной борьбе много форм: затемнение, перехват воды и пищевых веществ, аллелопатия (рогус блокирует рост рдеста), прямое уничтожение.

Нейтрализм – совместное обитание, не оказывающее ни положительного, ни отрицательного воздействия ни на один, ни на другой вид (белка и лоси).

15. Популяция как экологическая единица. Иерархия популяций.

В экологии популяцией принято называть группу особей одного вида, совместно населяющих общую территорию и находящихся в постоянном взаимодействии друг с другом. 

Особенности популяции отличны от отдельных организмов. Отсутствие морфологической отграниченности от среды и других популяций. Отсутствие морфологических отличий отдельных ее частей, т.е. особей. Иной характер интеграции составных частей, лучше выраженная их самостоятельность, часть – это особь. Долговечность по сравнению с организмами.

Популяционная структура вида

Вид распадается на подвиды, а подвиды на еще более мелкие территориальные группировки различного масштаба. Подвидовая совокупность особей, населяющих географически однородную часть видового ареала и отличающихся устойчивыми морфологическими признаками от совокупности особей других подвидов (подвидовая популяция).

Еще более мелкая географическая популяция – совокупность особей одного вида или подвида, населяющих территорию с однородными условиями существования и обладающих общим морфологическим типом и единым ритмом.

Географические популяции возникают на основе одинакового или однонаправленного приспособления особей к конкретным условиям среды определенного района, отличающимся по этим условиям от соседних (центрально-европейская или коренная якутская географическая популяция зайца-беляка).

Экологическая популяция – еще более мелкая. Это население одного типа места обитания или биотопа, характеризующимся общим ритмом биологических ритмов и характером образа жизни. Они возникают в связи с локальными различиями условий мезо и микроклимата, водного режима, других  абиотических и антропогенных факторов в пределах одной географической популяции (популяции черных дроздов в городах и экологические популяции в городах).

Генетическая трактовка популяции, экологическое определение популяции, эволюционное определение.

Экологическое определение: популяция – группа особей одного вида, населяющих определенную территорию и характеризующихся общностью морфо-биологического типа, специфичностью генофонда и системой устойчивых функциональных взаимосвязей.

Границы популяции, как правило, нечетки и определены не столько абиотическими факторами среды, сколько степенью тесноты связи между особями.

Основные популяционные единицы живых организмов представлены у растений и животных по-разному. У животных основной популяционной единицей является особь, у растений – особь семенного происхождения (партикула), клон (клоны у черники), часть особи.

16. Популяции, их структура и характеристики.

Основные популяционные характеристики:

-групповые популяционные характеристики: численность; плотность  популяций (плотность на единицу площади и объема); рождаемость (кол-во особей в популяции, родившихся за опр.период в ед.времени; смертность (количество умерших в ед.времени); эмиграция (кол-во выбывших из данной популяции  в единицу времени); иммиграция (кол-во особей  прибывших в данную популяцию в ед.времени); прирост популяции (рождаемость-смертность), (рождаемость+иммиграция)-(смертность + эмиграция); темп роста (прирост в ед.времени).

Структура популяции.

Популяциям свойственна определенная организация. Распределение особей популяции по территории, соотношения группы особей по половому, возрастному, морфологическому, физиологическому и др.признакам и особенностям  — отражают структуру популяции.

Структура популяции нестабильна во времени. Рост и развитие организмов, рождение, гибель, изменение условий ОС, как абиотических, так и биотических, приводит неизбежно к изменению различных соотношений внутри популяции.

От структуры популяции в конкретный момент времени зависит направление её дальнейшего изменения.

17. Возрастная структура популяции животных

С возрастом требования организма к среде обитания, устойчивость  к определенным факторам может  закономерно меняться.

Иногда возрастные различия даже более выражены, чем различия между разными видами. 

Возрастная структура популяции – это соотношение в ней возрастных категорий, групп и кланов.

Возрастная структура популяции имеет приспособительный характер. Хоть эта структура и  формируется на основе биологических свойств вида, она отражает всегда  и  силу  воздействия факторов ОС.

Возрастная структура популяции животных.

Зависит она от продолжительности жизни, кол-ва репродуктивных циклов за жизненный период, скорости полового созревания и др.условий.

Один цикл размножений за жизнь	Несколько циклов размножений за жизнь
1. короткоживущие – (кузнечики, саранча) – популяция однородна по возрасту. 2. живущие несколоко лет – (майский жук), популяция неоднородна, разные возрастные группы. 3. живущие значительно  меньше года – неоднородна возр.группа (свекловичная моль).	1. живущие во взрослом состоянии недолго (полевка – экономка)<2 лет – весной – однородна стр-ра, начало лета – неоднородна, середина лета – неоднородна ещё более, осень – только особи этого года. 2. живущие во взрослом состоянии долго (индийский слон) 60-70 лет, взрослых – 80 %, мол – 20%.

18. Возрастная структура популяции растений

С возрастом требования организма к среде обитания, устойчивость  к определенным факторам может  закономерно меняться.

Иногда возрастные различия даже более выражены, чем различия между разными видами. 

Возрастная структура популяции — это соотношение в ней возрастных категорий, групп и кланов.

Возрастная структура популяции имеет приспособительный х-р. хоть эта структура и  формируется на основе биолог.св-в вида, она отражает всегда  и  силу  воздействия факторов ОС.

Возрастная структура популяции растений.

Возрастная структура популяций растений отражается в соотношении их единиц, находящихся в разных возрастных состояний.

1 период – период первичного покоя. (состояние покоящихся семян) – латентный период.

2 период – прегенеративный период (девственный).

5 возрастных состояний: проростки – питание из семядолей; всходы – смешанное питание; ювенильное (юный); имнатурные растения – переход ювенильных  к возрастным. видгенльные – внешний вид как у взрослых, отсутствуют генеративные органы

3 период – генеративный период: молодые генеративные; средние возрастные генеративные – мах прирост и мах семенная продуктивность; старогенеративный;

4 период – постгенеративный (старческий, семейный)

Субсинильное – старое вегетативное, синильное – дряхлое.

Распределение особей в популяции растений или ценопопуляция по возрасту наз-ся её возрастным спектром.

Различают следующие ценопопуляции: инвазионная – (инвазия – нашествие). В возрастном спектре только семена  и молодые особи. Нормальная –полиочленная – (все возрастные группы и состояния); — неполиочленная (нет проростков или семильных). Регрессивная (нет молодых особей, а только семильные и субсенильные или цветущие, но не плодоносящие).

_________________________________________________________________________________________________________________

19. Половая структура популяции

Под половой популяцией обычно понимают соотношение особей мужского и женского типа. Это соотношение (особенно особей репродуктивного возраста, особенно самок) имеет большое значение для роста численности популяции и её существования.

Несмотря на одинаковую вероятность образования в процессе оплодотворения зародышей разного пола популяция часто разнообразна по половой структуре.

Сцепленные с полом признаки часто определяют значительное развитие в мормологии, физиологии, экологии и поведении самцов и самок.

Различия смертности часто проявляются в эмбриональный период.  (ондатра – 100 мужс, 150 женских).

Половая структура популяции определяется как внутренними признаками, так и  условиями внешней среды.

20. Пространственная структура популяции

Она отражает пространственное распределение особей в популяции в тот или иной промежуток времени.

Различают: Равномерный – хар-ся примерно равным удалением каждой особи от соседней, величина расстояния м/у особями=порогу, за которым следует угнетение встречающихся редко у растений и сидячих животных. Диффузный – особи распространены в пространстве  случайно,   встречаются часто у растений  и животных с ослабленными связями. Агрегированный (мозаичный) встречается часто у растений  и животных, в частности это групповое и колониальное распределение). Тип пространственного распределения зависит, во-первых, от распределения по территории потребляемого ресурса, во-вторых, от выраженности в соц.связях, в-третьих, от изменений условий среды или доступности ресурсов во времени.

24. Пространственная структура сообществ

Биоценозом называется совокупность популяций видов живых организмов  населяющих более или менее однородный участок суши или водоема, и характеризующихся определенными взаимоотношениями между собой и приспособленностью к условиям абиотической среды. 

Биоценозам свойственна определенная неоднородность, которая выражается в неоднородности распределения в них живых организмов.

Принято различать пространственную неоднородность (структуру) и видовую структуру.

Пространственная подразделяется на:

— горизонтальную (или мозаичность)

— вертикальную (или ярусность).

Пространственная неоднородность биоценозов объясняется неодинаковой силой проявления в пространстве как горизонтальных, так и вертикальных факторов среды.

25. Видовая структура сообществ

Видовая структура сообществ отражает вклад отдельных видов в общую численность.

По ценотической значимости виды подразделяются на господствующие (или доминанты) 10%, субдоминанты 5-10%, массовые 1-5%, обычные 0,1-1%, редкие, очень редкие.

Особое положение занимают виды эдифекаторы (средообразующие или ценообразующие), которые могут доминировать или не господствовать по численности, но всегда преобладают по биомассе. 

Господствующий, массовый и обычные виды выполняют главную роль в функционировании сообщества.

Экологическая роль редких видов заключается в том, что они придают биоценозу устойчивость.

26. Экосистемы и биогеоценозы

Биогеоценоз это длительно самоподдерживающаяся динамичная система функционально связанных организмов и абиотической среды, характеризующаяся определенным типом обмена веществ, энергии и информации. Границей биогеоценоза является граница растительного сообщества то есть фитоценоза который он занимает. Иногда биогеоценозом называют совокупность биоценоза и биотопа: 

биогеоценоз = биоценоз + биотоп.

Биоценозом называется совокупность популяций видов живых организмов  населяющих более или менее однородный участок суши или водоема, и характеризующихся определенными взаимоотношениями между собой и приспособленностью к условиям абиотической среды.

Биотопом называется участок абиотической среды, который занимает биоценоз. 

Более употребительным термином, отражающим функциональную взаимосвязь живых организмов и среды, является экосистема. Это понятие было введено Артуром Тенсли в 1935 году. Экосистема или экологическая система это совокупность живых организмов и неорганических компонентов, в которых происходит круговорот веществ. Термины экосистема и биогеоценоз не совсем равнозначные, но в настоящее время допускается их использовать как синонимы.

21. Рост численности популяции, популяционная динамика и ее типы

Теоретически скорость роста популяций зависит от её биотического потенциала.

Биотический потенциал (БП)отражает теоретический мах потомков от одной пары (особи) за год, за месяц. Обычно  БП выражают коэффициентом и определяют как мах прирост популяций за отрезок времени ∆t относ.к одной особи при начальной численности популяций N_о. ∆N / ∆t =  чN_о, →r=∆N/N_о∆t.

В условиях неограниченного роста численности популяций, изменение численности выражается экспоненциальной кривой. Она может выражена интегральной формулой   е=2,7182,  N_t= N_о*е^rt, где N_о-численность в нулевом времени, N_t-численность во время t.     ℓn N_t= ℓn No+ r t     r  = (ℓn N_t — ℓn N_о) / t

Величина БП чрезвычайно различна в разных видах. На самом деле БП отражается не только кол-вом воспроизведенного потомства, сколько потенциальными возможностями вида организма. Если допустить возможность роста популяции по экспоненциальной зависимости то графически это отражается экспонентой при обычной шкале и прямой при логарифмической.

 В природе БП никогда не реализуется полностью. Обычно его величина определяется как разность между рождаемостью и смертностью.R=b-d (b-число родившихся, d-число погибших) Т.о. рождаемость в значительной степени определяется БП вида. Ее величина зависит от следующих причин: доля репродуктивных особей; от соотношения полов (особенно если вид моногамный); от частоты и последовательности генераций. По частоте генераций выделяют: — моноциклические виды (1 период размножения за жизнь), — полициклические виды (несколько периодов размножения); соотношение периода размножения и общей продолжительности жизни; степень заботы о потомстве

Способность к увеличению численности находится в зависимости от степени депрессивности численности данной популяции, т.е. высокая плодовитость наблюдается в условиях более высокой смертности.

Смертность популяции зависит также от множества причин: от генетической полноценности особей; от физиологической состояния; от влияния неблагоприятных абиотических факторов; воздействия хищников, паразитов, болезней и т.д.

Закономерным процессом для популяции, определяющим рост и убыль численности является выселение части особей или пополнение ее пришельцами. Выселение обычно носит регулярный характер и называется дисперсией популяции. Дисперсия приводит к занятию новых мест, расширению ареала вида, к успеху в борьбе за существование. В период депрессии численности дисперсионные явления сменяются на иммиграционные (процессы вселения).

Т.о. для популяции характерен как рост численности, так и ее убыль, поэтому реальные графики роста численности сильно отличаются от экспонента. Темпы роста численности постоянно меняются.

Изменения, зависящие от плотности популяции: в прямой зависимости от плотности. Сначала темп роста высок и постоянен вне зависимости от нарастающей плотности. При достижении определенной плотности темп падает до нуля. В обратной зависимости от плотности популяции. В этом случае разреженная популяция в благоприятных условиях наращивает численность, однако чем больше становится особей, тем меньше доля очередного воспроизводства, пока скорость воспроизводства не сравняется со смертностью. 

В большинстве случаев зависимость от плотности носит и не прямой, и не обратный характер. 

Наиболее высокий рост происходит в случае, если популяция разрежена, но только до определенных пределов до оптимальной плотности.

На графике зависимость роста популяции от плотности обычно отображается s-образной кривой. Вначале плавный рост, затем резкий и наконец при достижении определенной плотности численность не растет.

Т.о. можно выделить следующие типы роста численности популяции:

— экспоненциальный

— логистический   dN/dt=чmaxN((K-N)/K))

Циклический тип численности

К – верхняя асимптота, т.е. мах возможное определяемое емкостью среды численность популяции.

( (К-N) / К ) – это параметр означает степень сопротивления среды, обусловленный плотностью популяции.

Однако в связи с наличием в нем и внутренних факторов в популяции редко обнаруживается такой «идеальный» экспоненциал или логистический рост.

При логарифмическом росте численность может выходить за пределы емкости среды. Колебание численности потом стабилизируется, происходит затухание.

Если на каждом этапе цикла происходит изменение, обуславливающее следующий этап, то затухание колебания численности не происходит и формируется циклический тип колебания численности.

Циклические типы могут осуществляться в 3 видах: Стабильный. Характерен для крупных животных с большей продолжительностью жизни (слоны, китообразные) и у него небольшая амплитуда, но большой период (период 20 и более лет). Лобильный. Характерен для животных с более коротким циклом жизни (10-15 лет) и высокой плодовитостью (птицы, рыбы). Период колебания приблизительно 5-11 лет. Амплитуда достаточно значительна. Эфимерный. Характерен для короткоживущих плодовитых животных (мелких грызунов, насекомых с коротким циклом развития) цикл обычно 4-5 лет. Численность очень неустойчива с резкими вспышками и депрессиями.

____________________________________________________________________________________________________________________________

22. Гомеостаз популяций. Способы поддержания гомеостаза.

Поддержание определенной часто оптимальной в данных условиях численности называется гомеостазом популяции.  В основе способности популяции к гомеостазу лежат изменения физиологических особенностей, роста, поведения каждой особи в ответ на увеличение или уменьшение числа членов популяции к которому они принадлежат. Механизмы популяции гомеостаза зависят от экологической специфики  вида, его подвижности, степени воздействия на него других организмов.

Механизмы гомеостаза, направленные в сторону снижения численности. Могут проявляться в жесткой форме и приводить к гибели избытка особей (самоизрежевание растений, каннибализм у животных). В смягченной форме приводит к снижению плодовитости. Хим. Взаимодействия.  Физиологические изменения (изменения плотности и поведения особей в ответ на изменение численности). Стресс-реакции

Механизмы гомеостаза, направленные на рост численности. Увеличение вероятности оплодотворения самок (полигамия, стадность, стайность). Увеличение вероятности встреч самцов и самок (визуальная сигнализация, звуковая сигнализация, запаховая сигнализация, мочевые метки, помет). Увеличение вероятности выживания эмбрионов и детенышей (харек, ласка, горностай, куница и др), латентная беременность у куньих. Супер аксилерация (раннее половое созревание). Степень развития механизмов популяции гомеостаза зависит очень сильно от влияния хищников, конкуренции и паразитов. Общая популяционная численность в природных сообществах происходит в результате сложных межвидовых и внутривидовых отношений. Общие закономерности поддержания гомеостаза и регуляция численности популяции

На популяцию действует 2 группы факторов модифицирующие и регулирующие. Модифицирующие факторы, вызывая изменение численности популяции, сами не испытывают влияния этих изменений. Они действуют односторонне и называются факторами, не зависящими от плотности. Регулирующие факторы. Они не просто изменяют численность популяции, а сглаживают ее колебания, приводя после очередного отклонения от оптимума к прежнему уровню. Это происходит потому, что эффект их воздействия сильнее, чем выше плотность популяции. Они также называются факторами, зависящими от плотности. В роли таких факторов, регулирующих динамику численности, выступают другие живые организмы.

Существует закрепленный естественным отбором и носящий ступенчатый характер механизм постепенного включения механизмов, регулирующих численность факторов. Пр. насекомые: дубовая зеленая листовертка. 1 ступень. Темпы роста не очень высоки для сдерживания роста достаточно действия полигафов, у которых этот объект лишь часть рациона. 2 ступень. Темпы роста значительны. Полифаги не в состоянии удержать рост численности и теряют регулирующую роль. Однако  увеличение плотности благоприятно для специализир паразитоидам, которым легче находить хозяев при повышенной плотности. 3 ступень. Темпы роста очень высоки. Паразиты теряют регулирующую роль. Однако в переуплотненной популяции в условиях тесного контакта растет вероятность инфекции, а также включается внутри популяционные механизмы гомеостаза. 4 ступень. Катастрофические темпы роста. За ними следует полное исчерпание ресурсов среды и подрыв дальнейшего существования популяции.

Множественность многоступенчатых воздействий межвидового и внутривидового характера включается  в разных интервалах плотности, образуя сложную систему связей. Она страхует популяцию от превышения границ оптимальной численности (в данном сообществе в данных условиях) регуляция численности идет по принципу отрицательной обратной связи.

23. Биоценозы. Связи организмов в сообществах.

В 1877 году Карл Мебиус, изучая живые организмы так называемых устричных банок, обнаружил две закономерности.  В сходных по набору абиотических факторов, периодичности и силе их колебания условиях формируется сходный видовой состав живых организмов. Изменения численности какого-либо одного компонента (вида) устричной банки вызывает изменение численности остальных компонентов. Данную совокупность видов Мебиус назвал биоценозом (в переводе с латыни сообществом живых организмов). Итак, биоценозом называется совокупность популяций видов живых организмов  населяющих более или менее однородный участок суши или водоема, и характеризующихся определенными взаимоотношениями между собой и приспособленностью к условиям абиотической среды. Структурно биоценоз состоит из фитоценоза – сообщества растений, зооценоза – сообщества животных и микробоценоза – сообщества микроорганизмов. Несколько позднее было введено понятие биотоп (от латинского топос – место). Биотопом называется участок абиотической среды, который занимает биоценоз. Трофические или пищевые связи это все виды пищевых взаимодействий между видами в сообществе. Трофически связаны, например участники хищнических, паразитических и комменсалистических взаимоотношений. Топические связи образуется, когда один вид использует другой для местообитания. Топические связи возникают например между деревьями и травянистыми растениями поселяющимися на них (эпифитами), например лианами, орхидеями. Фабрические связи возникают, когда один вид использует части другого для строительства (фабрикации) убежища, гнезда. Например, ворона, строя гнездо из веток тополя,  вступает с последним в фабрическую связь. Форическими (от латинского форезия – распространение) связи, когда один организм способствует распространению другого. Цепкие семена репешка способные зацепляться за волосяной покров зайца позволяют этому растению вступать с зайцем в форическую связь. Живые организмы в биоценозах связаны множеством разнообразных связей, которые принято разделять на четыре группы: Сообщество животных и растений, то есть биоценоз находится в неразрывной связи с биотопом. Эта связь была подчеркнута русским ученым Владимиром Николаевичем Сукачевым в 1940 году в его учении о биогеоценозах. 

 Биогеоценоз это длительно самоподдерживающаяся динамичная система функционально связанных организмов и абиотической среды, характеризующаяся определенным типом обмена веществ, энергии и информации. Границей биогеоценоза является граница растительного сообщества то есть фитоценоза который он занимает. Иногда биогеоценозом называют совокупность биоценоза и биотопа: биогеоценоз = биоценоз + биотоп.

28. Пищевые цепи и сети в экосистемах и их устойчивость

В экологических системах осуществляется не только круговорот вещества. Через них проходит постоянный поток энергии, и происходят превращения одних видов энергии в другие. Перенос энергии пищи от ее источника растений через ряд организмов, происходящий путем последовательного поедания одних видов другими, называется пищевой или трофической цепью. 

Различают два типа пищевых цепей.  Пастбищные пищевые цепи начинаются с продуцента, то есть с зеленого растения. Например пастбищной является такая цепь: дуб – зеленая дубовая листовертка – большая синица – ястреб перепелятник. 

Если пищевая цепь начинается с мертвого органического вещества, она называется детритной. Примером такой цепи является следующая: опад листьев – дождевой червь – крот – лисица. 

Пищевая цепь заканчивается организмом которого, как правило, никто не ест. 

Один и тот же организм в экосистеме участвует во множестве пищевых цепей. Сплетаясь вместе отдельные пищевые цепи образуют пищевую сеть экосистемы или биоценоза. 

Организмы в экосистемах и биоценозах участвуют во множестве пищевых цепей. Это обеспечивает определенную устойчивость в экосистемах.

27. Функциональное устройство экосистем

Экосистема или экологическая система это совокупность живых организмов и неорганических компонентов, в которых происходит круговорот веществ.

Экосистемы состоят из множества разнообразных видов живых организмов, относящихся к разным систематическим группам. Тем не менее, все многообразие организмов экосистемы можно разделить на три экологических группы выполняющих три функции. 

Первую экологическую группу составляют продуценты. Это главным образом фотосинтезирующие организмы – зеленые растения. Главной функцией продуцентов в экосистемах является создание органического вещества из неорганического. Именно растения переводят солнечную энергию, в энергию химических связей создаваемых ими органических соединений. 

Вторую функциональную группу составляют редуценты. Это организмы утилизаторы, которые осуществляют разложение сложных органических соединений до простых неорганических. Их экологической функцией является возврат изъятых из неорганического компонента элементов и переведенных  в состав органического вещества обратно в неживую природу. Редуценты это бактерии, грибы, некоторые простейшие животные. Таким образом, продуценты редуценты (одни извлекая минеральные вещества из неорганического компонента, а другие,  возвращая их обратно) осуществляют биологический круговорот элементов в экосистемах. Однако круговорот этот осуществлялся бы очень медленно без третьей функциональной группы – консументов или потребителей. Их главной функцией в экосистемах является ускорение биологического круговорота, более оперативный возврат в неживой компонент элементов извлеченных живыми организмами. Консументами в экосистемах являются  растительноядные и плотоядные животные. 

29. Трофические уровни организмов в экосистемах

Место каждого организма, отдельное звено цепи питания называют трофическим уровнем. Один и тот же организм может занимать в разных цепях разные уровни.

В пастбищных пищевых цепях первый трофический уровень занимают продуценты, то есть растения. 

Второй трофический уровень занимают консументы 1-го порядка – травоядные или фитофаги. 

Третий трофический уровень принадлежит консументам 2-го порядка или хищникам. 

Наконец четвертый трофический уровень занимают консументы 3-го порядка (консументы высших порядков) или суперхищники (хищники, питающиеся хищниками).  

В процессе перехода с одного трофического уровня на другой часть энергии неизбежно теряется, рассеивается. Согласно правилу Линдемана на следующий уровень переходит не более 10% энергии зафиксированной на предыдущем трофическом уровне (обычно еще меньше). Поэтому пищевые цепи не могут быть очень длинными и как правило их длина ограничивается тремя – четырьмя звеньями.

30. Экологические ниши

Положение вида в экосистеме, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды называется экологической нишей.

Принято различать фундаментальную и реализованную экологическую нишу.

X- инфузории (1 вид), О – инфузории (2 вид)

Ф– фундаментал.ниша, Р- реализованная

 
Фундаментальная ниша – это мах гиперобъем.

Реализованная ниша – это действительно освоенная часть фундаментальной, с учетом абиотических ограничений (конкуренции, хищничества, паразитизма). 

Сужение фундаментальной экологической ниши называют специализацией.

Специализированные виды хорошо используют ресурсы среды, но мало пластичны и хуже адаптируются к изменяющимся условиям, поэтому в нестабильных меняющихся условиях экосистемах лучше всего неспециализированным видам, а в стабильных – наоборот.

По правилу конкурентного исключения Гаузе на может существовать 2 вида, у которых совершенно одинаковые требования к условиям существования 

или полностью совпадающие экологические ниши.

32.Расхождение экологических ниш.

Конкурентные отношения играют чрезвычайно важную роль в формировании видового состава и регуляции численности видов в сообществе.

Ясно, что сильная конкуренция может обнаруживаться только между видами, занимающими сходные экологические ниши. Понятие «экологическая ниша» отражает не столько физическое положение вида в экосистеме, сколько функциональное, характеризующее специализацию («профессию») данных организмов в природе. Поэтому суровая конкуренция может происходить только между родственными видами.

Экологам известно, что организмы, ведущие похожий образ жизни, обладающие сходным строением, не обитают в одних и тех же местах. А если и живут рядом, то используют разные ресурсы и активны в разное время. Их экологические ниши как бы расходятся во времени или в пространстве.

Расхождение экологических ниш при совместном обитании родственных видов хорошо иллюстрирует пример с двумя видами морских рыбоядных птиц ? большим и длинноносым бакланами, которые обычно кормятся в одних и тех же водах и гнездятся по соседству. Удалось выяснить, что состав пищи этих птиц существенно различается: длинноносый баклан ловит рыбу, плавающую в верхних слоях воды, тогда как большой баклан добывает ее в основном у дна, где преобладают камбалы, донные беспозвоночные, например креветки.

Конкуренция оказывает огромное влияние на распределение близкородственных видов, хотя зачастую об этом свидетельствуют лишь косвенные данные. Виды с очень сходными потребностями обитают обычно в разных географических областях или разных местообитаниях в одной и той же области. Либо они избегают конкуренции каким-то иным образом, например, благодаря различиям в пище или различиям в суточной, а то и в сезонной активности.

Экологическое действие естественного отбора, видимо, направлено на исключение или предотвращение продолжительной конфронтации видов со сходным образом жизни. Экологическое разобщение близкородственных видов закрепляется в ходе эволюции. В Центральной Европе, например, существует пять близких видов синиц, изоляция которых друг от друга обусловлена различиями в местообитаниях, иногда в местах кормежки и размерах добычи. Экологические различия отражаются и в ряде небольших деталей внешнего строения, в частности в изменениях длины и толщины клюва. Изменения строения организмов, сопровождающие процессы расхождения их экологических ниш, позволяют говорить о том, что межвидовая конкуренция является одним из важнейших факторов эволюционных преобразований.

31.Перекрывание экологических ниш. Принцип Гаузе.

 Нередко бывает, что размеры особей двух разных видов в местах совместного их обитания хорошо различаются, однако в сходных местообитаниях, занятых только одним из этих видов, наблюдаются средние между ними размеры. Это как раз тот случай, на котором можно легко и наглядно рассмотреть результат перекрывания экологических ниш. Именно так происходит постепенное расхождение животных в более узкие экологические ниши и эволюционная дивергенция (расхождение признаков) у близких видов.

Суть принципа конкурентного исключения, также известного как принцип Гаузе , состоит в том, что каждый вид имеет свою собственную экологическую нишу. Никакие два разных вида не могут занять одну и ту же экологическую нишу. Сформулированный таким образом принцип Гаузе подвергался критике. Например, одним из известных противоречий этому принципу является «Планктонный парадокс». Все виды живых организмов, относящихся к планктону, живут на очень ограниченном пространстве и потребляют ресурсы одного рода (главным образом солнечную энергию и морские минеральные соединения). Современный подход к проблеме разделения экологической ниши несколькими видами указывает, что в некоторых случаях два вида могут разделять одну экологическую нишу, а в некоторых такое совмещение приводит один из видов к вымиранию.

    Гаузе сформулировал принцип конкурентного исключения работая с инфузориями.    С тех пор принцип конкурентного исключения, гласящий, что «полные конкуренты не могут существовать бесконечно», стал одним из главных догматов теоретической экологии. Таким образом, если два вида сосуществуют, то между ними должно быть какое-то экологическое различие, а это означает, что каждый из них занимает свою особую нишу.

      Конкурируя с более сильным видом, слабый конкурент утрачивает свою реализованную нишу. Таким образом, выход из конкуренции достигается расхождением требований к среде, изменению образа жизни или, другими словами, является разграничением экологических ниш видов. В этом случае они приобретают способность сосуществовать в одном биоценозе. 

Принцип конкурентного исключения получил широкое признание: из-за многочисленности подтверждающих его фактов потому что интуитивно он представляется верным и в его пользу свидетельствуют теоретические предпосылки (модель Лотки—Вольтерры).

Однако при этом всегда будут оставаться такие случаи, в которых его невозможно проверить. Кроме того есть случаи когда принцип Гаузе просто не применим (Бигон, 1989). Например, «Планктонный парадокс». В действительности равновесие между конкурирующими видами может неоднократно нарушаться, и преимущество будет переходить от одного вида к другому; следовательно, сосуществование возможно просто благодаря изменению условий среды. 

В любой отдельный промежуток времени условия среды могут способствовать вытеснению определенного вида, однако эти условия меняются, и еще до того, как данный вид окажется окончательно вытесненным, они могут сложиться благоприятно для его существования. Другими словами, исход конкурентных взаимодействий в равновесном состоянии может не играть решающей роли, если условия среды обычно изменяются задолго до того, как достигается равновесие. А поскольку любая среда изменчива, равновесие между конкурентами должно постоянно сдвигаться и сосуществование нередко будет наблюдаться при таком разделении ниш, при котором в стабильных условиях происходило бы исключение одного из видов.

33.Динамика экосистем. Циклические изменения.

Сложение экосистем — динамический процесс. Существует динамика экосистем. Важно значение имеют сукцессии биоценоза и экосистем. В экосистемах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Многообразные изменения, происходящие в любом сообществе, относят к двум основным типам: циклические и поступательные.

Циклические изменения сообществ отражают суточную, сезонную и многолетнюю периодичность внешних условий и проявления эндогенных ритмов организмов. Суточная динамика экосистем связана главным образом с ритмикой природных явлений и носит строго периодический характер. Нами уже было рассмотрено, что в каждом биоценозе имеются группы организмов, активность жизни у которых приходится на разное время суток. Одни активны днем, другие — ночью. Отсюда в составе и в соотношении отдельных видов биоценоза той или иной экосистемы происходят периодические изменения, так как отдельные организмы на определенное время выключаются из него. Суточную динамику биоценоза обеспечивают как животные, так и растения. Как известно, у растений в течение суток изменяются интенсивность и характер физиологических процессов — ночью не происходит фотосинтез, нередко у растений цветки раскрываются только в ночные часы и опыляются ночными животными, другие приспособлены к опылению днем. Суточная динамика в биоценозах, как правило, выражена тем сильнее, чем значительнее разница температур, влажности и других факторов среды днем и ночью.

Более значительные отклонения в биоценозах наблюдаются при сезонной динамике. Это обусловлено биологическими циклами организмов, которые зависят от сезонной цикличности явлений природы. Так, смена времени года значительное влияние оказывает на жизнедеятельность животных и растений (спячка, зимний сон, диапауза и миграции у животных; периоды цветения, плодоношения, активного роста, листопада и зимнего покоя у растений). Сезонной изменчивости подвержена нередко и ярусная структура биоценоза. Отдельные ярусы растений в соответствующие сезоны года могут полностью исчезать, например, состоящий из однолетников травянистый ярус. Длительность биологических сезонов в разных широтах неодинакова. В связи с этим сезонная динамика биоценозов арктической, умеренной и тропической зон различна. Она выражена наиболее четко в экосистемах умеренного климата и в северных широтах.

Многолетняя изменчивость является нормальной в жизни любого биоценоза. Так, количество осадков, выпадающих в Барабинской лесостепи, резко колеблется по годам, ряд засушливых лет чередуется с многолетним периодом обилия осадков. Тем самым оказывается существенное влияние на растения и животных. При этом происходит выработка экологических ниш — функциональное размежевание в возникающем множестве или его дополнение при малом разнообразии.

Многолетние изменения в составе биоценозов повторяются и в связи с периодическими изменениями общей циркуляции атмосферы, в свою очередь, обусловленной усилением или ослаблением солнечной активности.

В процессе суточной и сезонной динамики целостность биоценозов обычно не нарушается. Биоценоз испытывает лишь периодические колебания качественных и количественных характеристик.

Любая экосистема, приспосабливаясь к изменениям внешней среды, находится в состоянии динамики. Эта динамика может касаться как отдельных звеньев экосистем (организмов, популяций, трофических групп), так и системы в целом. При этом динамика может быть связана, с одной стороны, с адаптациями к факторам, которые являются внешними по отношению к экосистеме, а с другой — к факторам, которые создает и изменяет сама экосистема.

Самый простой тип динамики — суточный. Он связан с изменениями в фотосинтезе и транспирации (испарении воды) растений. В еще большей мере эти изменения связаны с поведением животного населения. Одни из них более активны днем, другие — в сумерки, третьи — ночью. Аналогичные примеры можно привести по отношению к сезонным явлениям, с которыми еще больше связана активность жизнедеятельности организмов.

Не остаются неизменными экосистемы и в многолетнем ряду. Если в качестве примера взять лес или луг, то не трудно заметить, что в разные годы этим экосистемам свойственны свои особенности. В одни годы мы можем наблюдать увеличение численности одних видов (на лугах, например, бывают «клеверные годы», годы с резким увеличением злаков и других видов или групп видов). Из этого следует, что каждый вид индивидуален по своим требованиям к среде, и ее изменения для одних видов благоприятны, а на другие, наоборот, оказывают угнетающее влияние. Сказывается также и периодичность в интенсивности размножения.

Эти изменения в одних случаях могут в какой-то мере повторяться, в других же имеют однонаправленный, поступательный характер и обусловливают развитие экосистемы в определенном направлении.

Периодически повторяющуюся динамику называют циклическими изменениями или флуктуациями, а направленную динамику именуют поступательной или развитием экосистем. Для последнего вида динамики характерным является либо внедрение в экосистемы новых видов, либо смена одних видов другими. В конечном же счете происходят смены биоценозов и экосистем в целом. Этот процесс называют сукцессией (лат. сукцессио — преемственность, наследование). Различают обычно первичные и вторичные сукцессии.

34. Поступательные изменения экосистем

Поступательные изменения в экосистеме приводят в конечном итоге к смене одного биоценоза другим, с иным набором господствующих видов. Причинами подобных смен могут являться внешние по отношению к биоценозу факторы, действующие длительное время в одном направлении, например увеличивающееся загрязнение водоемов, возрастающее в результате мелиорации иссушение болотных почв, усиленный выпас скота и т. д. Данные смены одного биоценоза другим называют экзогенети-ческими. В том случае, когда усиливающее влияние фактора приводит к постепенному упрощению структуры биоценоза, обеднению их состава, снижению продуктивности, подобные смены называют дигрессивными или дигрессиям?

Эндогенетические смены возникают в результате процессов, которые происходят внутри самого биоценоза. Последовательная смена одного биоценоза другим называется экологической сукцессией (от лат. succession — последовательность, смена). Сукцессия является процессом саморазвития экосистем. В основе сукцессии лежит неполнота биологического круговорота в данном биоценозе. Известно, что живые организмы в результате жизнедеятельности меняют вокруг себя среду, изымая из нее часть веществ и насыщая ее продуктами метаболизма. При сравнительно длительном существовании популяций они меняют свое окружение в неблагоприятную сторону и как результат — оказываются вытесненными популяциями других видов, для которых вызванные преобразования среды оказываются экологически выгодными. В биоценозе происходит таким образом смена господствующих видов. Здесь четко прослеживается правило (принцип) экологического дублирования (рис. 12.35). Длительное существование биоценоза возможно лишь в том случае, если изменения среды, вызванные деятельностью одних живых организмов благоприятны для других, с противоположными требованиями.

На основе конкурентных взаимодействий видов в ходе сукцессии происходит постепенное формирование более устойчивых комбинаций, соответствующих конкретным абиотическим условиям среды. Пример сукцессии, приводящей к смене одного сообщества другим, — зарастание небольшого озера с последующим появлением на его месте болота, а затем леса

Вначале по краям озера образуется сплавна — плавающий ковер из осок, мхов и других растений. Постоянно озеро заполняется отмершими остатками растений — торфом. Образуется болото, постепенно зарастающее лесом. Последовательный ряд постепенно и закономерно сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. 

Сукцессии в природе чрезвычайно разномасштабны. Их можно наблюдать в банках с культурами, представляющими собой планктонные сообщества — различные виды плавающих водорослей и их потребителей — коловраток, жгутиковых в лужах и прудах, на заброшенных пашнях, выветрившихся скалах и др. В организации экосистем иерархичность проявляется и в сукцессионных процессах — более крупные преобразования биоценозов складываются из более мелких. В стабильных экосистемах с отрегулированным круговоротом веществ также постоянно осуществляются локальные сукцессионные смены, поддерживающие сложную внутреннюю структуру сообществ.

Типы сукцессионных смен. Выделяют два главных типа сукцессионных смен: 1 — с участием автотрофного и гетеротрофного населения; 2 — с участием только гетеротрофов. Сукцессии второго типа совершаются лишь в таких условиях, где создается предварительный запас или постоянное поступление органических соединений, за счет которых и существует сообщество: в кучах или буртах навоза, в разлагающейся растительной массе, в загрязненных органическими веществами водоемах и т. д. 

Процесс сукцессии. По Ф. Клементсу (1916), процесс сукцессии состоит из следующих этапов: 1. Возникновение незанятого жизнью участка. 2. Миграция на него различных организмов или их зачатков. 3. Приживание их на данном участке. 4. Конкуренции их между собой и вытеснение отдельных видов. 5. Преобразование живыми организмами местообитания, постепенной стабилизации условий и отношений. Сукцессии со сменой растительности могут быть первичными и вторичными.

35. Общие закономерности сукцессионного процесса. 

Для любой сукцессии, особенно первичной, характерны следующие общие закономерности протекания процесса. На начальных стадиях видовое разнообразие незначительно, продуктивность и биомасса малы. По мере развития сукцессии эти показатели возрастают. С развитием сукцессионного ряда увеличиваются взаимосвязи между организмами. Особенно возрастает количество и роль симбиотических отношений. Полнее осваивается среда обитания, усложняются цепи и сети питания. Уменьшается количество свободных экологических ниш, и в климаксном сообществе они либо отсутствуют, либо находятся в минимуме. В связи с этим по мере развития сукцессии уменьшается вероятность вспышек численности отдельных видов. Интенсифицируются процессы круговорота веществ, потока энергии и дыхания экосистем. Скорость сукцессионного процесса в большей мере зависит от продолжительности жизни организмов, играющих основную роль в сложении и функционировании экосистем. В этом отношении наиболее продолжительны сукцессии в лесных экосистемах. Короче они в экосистемах, где автотрофное звено представлено травянистыми растениями, и еще быстрее протекают в водных экосистемах. Неизменяемость завершающих (климаксных) стадий сукцессий относительна. Динамические процессы при этом не приостанавливаются, а лишь замедляются. Продолжаются динамические процессы, обусловливаемые изменениями среды обитания, сменой поколений организмов и другими явлениями. Относительно большой удельный вес занимают динамические процессы циклического (флуктуационного) плана. В зрелой стадии климаксного сообщества (не старческой!) биомасса обычно достигает максимальных или близких к максимальным значений. Неоднозначна продуктивность отдельных сообществ на стадии климакса. Обычно считается, что по мере развития сукцессионного процесса продуктивность увеличивается и достигает максимума на промежуточных стадиях, а затем в климаксном сообществе резко уменьшается. Последнее связывают, во-первых, с тем, что в это время максимум первичной продукции потребляется консументами, а во-вторых, экосистема развивает чрезвычайно большую массу ассимиляционного аппарата, что ведет к дефициту освещенности, следствием чего является снижение интенсивности фотосинтеза при одновременном возрастании потерь продуктов ассимиляции на дыхание самих автотрофов.

Эти положения нельзя распространять на все климаксные сообщества. Например, нет реальных предпосылок для увеличения численности гетеротрофов в хвойных лесах (завершающие стадии сукцессий) по сравнению с лиственными (промежуточные стадии). Скорее, в последних больше потребителей зеленой продукции и вероятнее вспышки численности отдельных видов-фитофагов.

Нет также ни теоретических предпосылок,ни фактических данных, которые бы свидетельствовали, что в зрелой климаксной системе, например в еловых лесах, масса хвои достигает чрезмерно (!) высоких значений.

Весь опыт лесоводства свидетельствует о наиболее высокой продуктивности климаксных лесных сообществ (применительно к лесной зоне хвойных или смешанных хвойно-лиственных лесов). В противном случае, с точки зрения получения продукции (древесины), неизбежен вывод о нецелесообразности ориентации на выращивание и сохранение климаксных стадий лесов.

Применительно к другим экосистемам, например луговым, можно согласиться с тем, что возможности получения продукции на климаксной стадии уменьшаются, однако не потому, что сокращается ее нарастание (прирост, продуктивность), а по той причине, что более значительная ее часть отчуждается гетеротрофами в результате образования устойчивых цепей выедания.

Другими словами, продуктивность экосистем на климаксных стадиях сукцессий высока, как правило, максимальна вследствие более полного освоения пространства. Однако возможности снятия человеком первичной продукции лимитируются (иногда до нулевых значений) вследствие включения ее в цепи питания консументов.

36.Энергетика экосистем. Экологические пирамиды.

Энергетика экосистем

Живые организмы, входящие в экосистемы, для своего существования должны постоянно пополнять и расходовать энергию. Растения, как известно, способны запасать энергию в химических связях в процессе фотосинтеза или хемосинтеза. При фотосинтезе связывается только энергия с определенными длинами волн -380-710 нм. Эту энергию называют фотосинтетически активной радиацией (ФАР). Она по длинам волн близка к видимой части спектра. На эту радиацию обычно приходится около 40% общей солнечной радиации, достигающей земной поверхности. Остальная часть спектра относится либо к более короткой (ультрафиолетовой), либо к более длинной (инфракрасной) радиации. С последней обычно связан тепловой эффект.

Растения в процессе фотосинтеза связывают лишь небольшую часть солнечной радиации. Даже по отношению к фотосинтетически активной — это в среднем для земного шара менее 1%. Только наиболее продуктивные экосистемы, такие как плантации сахарного тростника, тропические леса, посевы кукурузы, в оптимальных условиях могут связывать до 3-5% ФАР. В опытах с кондиционированными условиями по всем факторам среды за короткие периоды времени удавалось достичь эффективности фотосинтеза по усвоению солнечной энергии порядка 8-10% ФАР.

Растения являются первичными поставщиками энергии для всех других организмов в цепях питания. Существуют определенные закономерности перехода энергии с одного трофического уровня на другой вместе с потребляемой пищей. Основная часть энергии, усвоенной консументом с пищей, расходуется на его жизнеобеспечение (движение, поддержание температуры тела и т. п.). Эту часть энергии рассматривают как траты на дыхание, с которым в конечном счете связаны все возможности ее высвобождения из химических связей органического вещества.

Часть энергии переходит в тело организма-потребителя вместе с увеличивающейся массой (приростом, продукцией). Некоторая доля пищи, а вместе с ней и энергия не усваиваются организмом. Они выводятся в окружающую среду вместе с продуктами жизнедеятельности (экскрементами). В последующем эта энергия высвобождается другими организмами, которые потребляют продукты выделения.

Баланс пищи и энергии для отдельного животного организма можно, таким образом, представить в виде следующего уравнения:

Э_п = Э_д +Э_пр +Э_п.в ,

где Э_п — энергия потребленной пищи, Э_д — энергия дыхания или обеспечения жизнедеятельности организма, включая движение, поддержание температуры тела, сердцебиение и т. п., Э_пр — энергия прироста (запасенная в теле организма-потребителя), Э_п.в — энергия продуктов выделения (в основном экскрементов).

Количество энергии, расходуемой организмами на различные цели, неоднозначно. В периоды интенсивной жизнедеятельности взрослого организма в теле его может совершенно не фиксироваться энергия. Наоборот, траты ее в ряде случаев превышают поступление (организм теряет вес). В то же время в периоды интенсивного роста организмов, особенно в периоды размножения (беременности), в теле фиксируется значительное количество энергии.

Выделение энергии с экскрементами у плотоядных животных (например, хищников) невелико, у травоядных оно более значительно, а гусеницы некоторых насекомых, питающиеся растениями, выделяют с экскрементами до 70% энергии. Однако при всем разнообразии расходов энергии в среднем максимальны траты на дыхание, которые в сумме с неусвоенной пищей составляют около 90% от потребленной. Поэтому переход энергии с одного трофического уровня на другой в среднем принимается близким к 10% от энергии, потребленной с пищей. Эта закономерность рассматривается обычно как «правило десяти процентов».

Данное правило надо оценивать как относительное, ориентировочное. Вместе с тем из него следует, что цепь питания имеет ограниченное количество уровней, обычно не более 4—5. Пройдя через них, практически вся энергия оказывается рассеянной.

Закономерности потока и рассеивания энергии имеют важные в практическом отношении следствия. Во-первых, с энергетической точки зрения крайне нецелесообразно потребление животной продукции, особенно с высоких уровней цепей питания. Образование этой продукции связано с большими потерями (рассеиванием) энергии. Особенно велики потери энергии при переходе с первого трофического уровня на второй, от растений к травоядным животным.

Часто в экологической литературе рассматривается в качестве примера цепь питания: люцерна-телята-мальчик. Показано, что если бы мальчик весом 48 кг питался только телятиной, то за год ему потребовалось бы для обеспечения жизнедеятельности 4,5 теленка, для питания которых, в свою очередь, необходим урожай люцерны с площади 4 га весом 8211 кг. Такова энергетическая цена животной пищи.

Во-вторых, чтобы сократить вероятность дефицита продуктов питания для интенсивно возрастающей численности населения (по закономерности, близкой к экспоненте), надо, чтобы в рационе людей больший удельный вес занимала растительная пища. Энергетически идеально — вегетарианство.

В-третьих, для увеличения КПД использования пищи при получении животноводческой продукции в условиях культурного хозяйства очень важно уменьшить основную статью нерационального расходования энергии — ее траты на дыхание. Это возможно за счет поддержания оптимального температурного режима в животноводческих помещениях, ограничения подвижности животных и, естественно, сбалансированности кормового рациона по различным элементам питания, а также применения различных биотехнических приемов (умеренные добавки стимуляторов роста, веществ, способствующих улучшению аппетита и т. п.).

Споры о допустимо возможной численности населения с точки зрения обеспечения питанием в значительной мере относительны, если они не учитывают, какой в среднем удельный вес в рационе отводится животной и растительной пище. Если исходить из рациона питания зажиточной части населения, потребляющей мяса 80-100 кг в год на одного человека, то явно невозможно обеспечение таким рационом современной численности населения Земли (около 6 млрд. человек). Если же исходить из необходимости обеспечения минимальных потребностей жизнедеятельности организма, при настоящем производстве продуктов питания возможно исключить голод и, кроме того, прокормить на 3-4 миллиарда населения больше современного. Для этого требует решения вопрос более сбалансированного распределения продуктов питания. Переход на вегетарианство и тем более расширение ассортимента растений, используемых в пищу, может обеспечить жизнедеятельность (с энергетической точки зрения) численности населения в 2-3 раза больше современной. Ясно, однако, что при этом останутся нерешенными многие медико-биологические проблемы здоровья и долголетия, а также допустимые пределы антропогенных нагрузок на экосистемы и биосферу в целом.

 Экологические пирамиды

Если количество энергии, продукции, биомасс или численности организмов на каждом трофическом уровне изображать в виде прямоугольников в одном и том же масштабе, то их распределение будет иметь вид пирамид.

Правило пирамид энергии можно сформулировать следующим образом: количество энергии, содержащейся в организмах на любом последующем трофическом уровне цепи питания, меньше ее значений на предыдущем уровне (рис. 4а).

Пирамиды энергии и продукции для экосистем суши и океана — а и биомасс для экосистем океана — б

 

 Количество продукции, образующейся в единицу времени на разных трофических уровнях, подчиняется тому же правилу, которое характерно для энергии: на каждом последующем уровне количество продукции меньше, чем на предыдущем (рис. 4а). Более того, суммарное количество вторичной продукции (как и содержащейся в ней энергии), образующейся на разных трофических уровнях, меньше первичной продукции. Эта закономерность абсолютна и легко объясняется исходя из правила передачи энергии в цепях питания. Следует также иметь в виду, что различия в количестве энергии, содержащейся в единице веса (объема) отдельных видов продукции, невелики: 1 г (сухой вес) растительной и животной продукции содержит чаще всего от 3 до 5 калорий энергии.

Пирамиды биомасс сходны с таковыми для энергии и продукции, но только для сухопутных экосистем. Для водных экосистем закономерности соотношения биомасс на различных трофических уровнях имеют свою специфику. Здесь пирамида биомасс как бы перевернута (рис. 4б), то есть биомасса животных, потребляющих растительную продукцию, больше биомассы растительных организмов. Причина этого — резкие различия в продолжительности жизни организмов сравниваемых уровней. Первый уровень (продуценты) представлен в основном фитопланктоном с крайне коротким периодом жизни (несколько дней или часов), второй -более долгоживущими организмами — зоопланктоном или другими животными, питающимися фитопланктоном и зоопланктоном (рыбы, моллюски, киты и т. п.). Они накапливают биомассу годами и десятилетиями.

Пирамида чисел свидетельствует, что количество организмов, как правило, уменьшается от основания к вершине. Это правило не абсолютно и применимо в основном к цепям питания, не включающим редуцентов. Примером может служить пищевая цепь: насекомые и их личинки — насекомоядные животные — хищники.

37.Экосистемы суши.

В каждой наземной экосистеме есть абиотический компонент – биотоп, или экотоп – участок с одинаковыми ландшафтными, климатическими, почвенными условиями; и биотический компонент – сообщество, или биоценоз – совокупность всех живых организмов, населяющих данный биотоп. Биотоп является общим местообитанием для всех членов сообщества. Биоценозы состоят из представителей многих видов растений, животных и микроорганизмов. Практически каждый вид в биоценозе представлен многими особями разного пола и возраста. Они образуют популяцию (или часть популяции) данного вида в экосистеме. Биоценоз очень трудно рассматривать отдельно от биотопа, поэтому вводят такое понятие, как биогеоценоз ( биотоп+биоценоз). Биогеоценоз — элементарная наземная экосистема, главная форма существования природных экосистем. Этот термин ввел В.Н.Сукачев.

Для наземной экосистемы характерна ярусность, т.е. разделение на разновысокие структурные части. Для каждого яруса чаще всего характерен собственный биоценоз.

Все существующие естественные экологические системы можно разделить на два основных типа — наземные и водные. Несмотря па то что в обоих типах сообществ присутствуют и действуют основные экологические компоненты, существуют значительные функциональные и структурные отличия.

В сухопутных (наземных) экосистемах продуценты (автотроф-ный компонент) представляют собой крупные организмы, у которых от года к году происходит накопление биомассы. Например, прирост деревьев в лесу, рост трав за сезон вегетации, созревание семян и плодов (накопление надземной биомассы) или разрастание корневой системы травянистых растений на лугах и в степях (накопление подземной биомассы). Накопленную биомассу можно изъять и виде урожая.

Наземные экосистемы играют особую роль в жизни человека, поскольку урожай в них можно получать на всех трофических уровнях в отличие от водных сообществ, где используется только верхняя часть экологической пирамиды. Следовательно, особенности двух типов экосистем необходимо учитывать при эксплуатации природных ресурсов.

Между крайними типами экосистем существует множество переходных вариантов, тесно связанных друг с другом. Различные экосистемы взаимодействуют, образуя сложную структуру биосферы. Между экосистемами происходит обмен живыми организмами и их зачатками (личинками, спорами, семенами и т. п.). Благодаря подвижности воздуха и воды, перепадов (градиента) температуры, диффузии газов происходит расселение растений, животных и микроорганизмов. Птицы и насекомые перемещаются во время сезонных перелетов — так же, как другие животные во время кочевок.

Вещество перемещается в виде твердых и жидких частиц. Часто минеральные элементы сдуваются ветром и смываются водой с горных пород. Обмен энергией происходит как в виде тепла, так и в виде энергии химических связей (т. е. органических соединений).

По отношению к межбиоценотическим связям можно выделить три основные группы наземных экосистем:

1. стабильные сообщества, расположенные на равнинных междуречьях, в которых вынос веществ в другие экосистемы и получение их со стороны незначительны;

2. мало теряющие, но много получающие биоценозы, располо женные на низких уровнях рельефа, где накапливаются большие запасы органического вещества;

3. много теряющие, но мало получающие экосистемы на крутых склонах. Так образуется цепь экосистем, перераспределяющая веще ство и энергию в биосфере.

Наземные экосистемы, поглощая или выделяя огромное количество парниковых газов (СО2, метана, оксидов азота), тем самым не только участвуют в глобальном круговороте углерода, но и оказывают заметное влияние на климат. Однако не меньшее значение имеет и обратное воздействие — влияние климата на процессы, протекающие в экосистемах.

38. Водные экосистемы и их особенности

 Все водные животные и растения, их ареалы, формы существования,биологические циклы, размеры, длительность жизни отдельных особей, ихэнергетический баланс, биопродукциясвязаны с абиотическими факторами,являющимися производными геофизических процессов планеты. В свою очередьбиологические процессы имеют огромное значение в формировании планеты впределах, охваченных жизнью. От наземных экосистем экосистема океанаотличается рядом принципиальных черт, из которых две представляютсяособеннозначительными.

Продуценты (растения) наземных экосистем неразрывносвязаны корневой системой с биогенным фондом, формирующимся в результатежизнедеятельности растений. Продуценты водных экосистем (водоросли)разобщены с основным биогенным фондом водоемов, будь то океан, озеро,водохранилище и даже пруд. В фотаческом слое, который даже приоченьбольшой прозрачности океана не превышает нескольких десятков метров,биогенных солей, и, прежде всего фосфатов, недостаточно, но они лимитируютформированиеорганического вещества. Биогенные же элементы находятся наглубине, куда свет не проникает и откуда они выносятся в освещенный слойморя в результате вертикального перемешивания водных масс в итоге тепловогои механического взаимодействия атмосферы и гидросферы.В наземных экосистемах растения — важнейший компонент пищи многихживотных,поэтому распространение их связан с растительной ассоциацией.

В морскойсреде наблюдается разобщенность животного населения (консументов) и полейфитопланктона(продуцентов). Большая часть водных биоценозов существует безпрямого контакта с живой растительностью, сосредоточенной в тонкомприповерхностном трофогенном слое. Масса животных живет ниже массырастений, используя продукты деструкция растительных организмов. С глубинойколичество пищи уменьшается: 2/3 биомассы животных океана находятся вслоедо 500 м. В жизни гидросферы важное значениеимеет также группа редуцентов, или восстановителей. Они питаются мертвымиостатками животных и растений, причем минерализуют эти остатки, доводя ихдо углекислоты, аммиака и воды, делая их доступными лая автотрофныхрастений — продуцентов. Все животные и растения объединяются втрибольших комплекса: планктон, представители которого дрейфуют с воднымимассами; бентос, представители которого живут на грунте. И нектон, ккоторому относятся активно плавающие животные- рыбы, головоногие моллюски имлекопитающие — ластоногие, дельфины, киты. 

43.Многоуровневый подход в охране природы.

Охра́на приро́ды — комплекс мер по сохранению, рациональному использованию и восстановлению природных ресурсов Земли, в том числе видового разнообразия флорыи фауны, богатства недр, чистоты вод и атмосферы.

Почвы и воды загрязняются промышленными и бытовыми стоками (сотни млрд. т в год), нефтепродуктами (несколько млн. т, минеральными удобрениями (около сотни млн. т) ипестицидами, тяжёлыми металлами (ртуть, свинец и др.), радиоактивными отходами. Появилась опасность нарушения озонового слоя Земли. Способность биосферы к самоочищению близка к пределу. Опасность неконтролируемого изменения окружающей среды и вследствие этого угроза существованию на Земле живых организмов, в том числе человека, потребовали решительных практических мер по защите и охране природы, правового регулирования использования природных ресурсов. К таким мерам относятся создание безотходных технологий, очистных сооружений, упорядочение использования пестицидов, прекращение производстваядохимикатов, способных накапливаться в организме, рекультивация земель и пр., а также создание охраняемых территорий (заповедники, национальные парки и др.), центров по разведению редких и исчезающих животных и растений (в том числе для сохранения генофонда Земли), составление мировой и национальных Красных книг.

Природоохранные меры предусмотрены в земельном, лесном, водном и другом федеральном законодательстве. Ответственность за нарушения в области охраны природы предусмотрена в гл. 26 УК РФ, гл. 8 КоАП РФ, а также установлена гражданская ответственность по некоторым видам правонарушений. В ряде стран в результате осуществления правительственных природоохранных программ удалось существенно улучшить качество окружающей среды в отдельных регионах (например, в результате многолетней и дорогостоящей программы удалось восстановить чистоту и качество воды в Великих озёрах). В международном масштабе наряду с созданием различных международных организаций по отдельным проблемам охраны природы действует Программа ООН по окружающей среде

41. Антропогенное воздействие на популяции и экосистемы.

Можно выделить несколько особенностей действия антропогенных факторов: Нерегулярные действия и организмы не могут приспособиться к этим действиям. Неограниченные возможности действия на организмы, вплоть до полного уничтожения (стихийные бедствия). Человеческая деятельность ведет к изменению среды и делает ее не благоприятной для живых организмов. Только человек в природе вредит самому себе. Среди антропогенных факторов надо выделить социальный фактор, который более существенный  для человеческого общества.

Знакомство с общими закономерностями воздействия абиотических факторов было бы неполным без рассмотрения специфики проявления его на уровне экосистем. Особенности влияния экологических факторов на уровне экосистемы представляют собой емкую проблему, решение которой возможно лишь на основе досконального знания свойств и функций экосистемы. Однако уже сейчас можно отметить, что любой абиотический фактор, оказывающий влияние на отдельный вид, входящий в состав изучаемой экосистемы, будет влиять и на саму экосистему, на ее фундаментальные свойства. Это воздействие можно объяснить следующими причинами.

Во-первых, абиотические факторы в совокупности создают климатический режим экосистемы, на фоне которого протекают все процессы жизнедеятельности видов и осуществляется взаимодействие между ними. Во-вторых, все особи, входящие в состав сообщества, являются объектами воздействия абиотических факторов. Действие абиотических факторов может привести к гибели особей, что вызовет уменьшение плотности популяций, входящих в состав сообщества. Если же физиологическая реакция организма адекватна силе и характеру действия абиотического фактора, то возникший адаптивный ответ отразится в итоге на видовом разнообразии, пространственном распределении популяций в экосистеме, на характере их взаимодействия друг с другом, что в конечном счете скажется на специфических свойствах самой экосистемы. Абиотические факторы, влияя на биотическую совокупность экосистемы, будут определять не только свойства этой системы, но и стратегию ее развития.

42. Распад ест.экосистем как важнейшая экологическая проблема.

До начала XX в. человечество не сталкивалось с глобальными (от лат. globus — «шар»), т. е. охватывающими всю планету, экологическими проблемами. Несмотря на экологическое неблагополучие и даже небольшие экологические кризисы, время от времени возникавшие на тех или иных территориях, глобальные характеристики окружающей среды оставались стабильными и изменялись в пределах естественных колебаний.

Постепенно человек разрушал природные экосистемы и загрязнял окружающую среду, но природа «держала удар». Например, концентрация углекислого газа в воздухе сохранялась на постоянном уровне практически до конца XIX столетия, и только на пороге XX в. устойчивость атмосферы была нарушена. К этому времени естественные экосистемы, которых становилось всё меньше, уже не могли сопротивляться быстро растущему давлению хозяйственной деятельности человека, потеряв способность регулировать состояние окружающей среды на всей планете. Поэтому XX столетие явилось веком всеобщего экологического кризиса, когда человечество столкнулось с глобальными экологическими проблемами. 

Вот основное из них. Изменяется газовый состав атмосферы. Скорость изменений в сотни и тысячи раз выше, чем за последний миллион лет.

Одновременно истощается озоновый слой (примерно на 0,5 % в год). Быстрыми темпами изменяется химический состав пресных вод суши и вод некоторых полузамкнутых морей, например Балтийского и Чёрного: здесь увеличивается содержание питательных веществ, необходимых для жизни, так называемых биогенов. Это ведёт к эвтрофикации, т. е. всплеску развития организмов («цветению» воды). Затем они отмирают, и образуется большое количество органического вещества; на его окисление затрачивается растворённый в воде кислород, которого уже не хватает для живущих организмов.

Происходит быстрая деградация почв, изменяются их физические, химические и биологические свойства.

Крупнейший российский почвовед Г. В. Добровольский назвал это явление «тихим кризисом планеты».

Стремительно сокращается численность многих видов организмов, а некоторые исчезают совсем. ПАРНИК РАЗМЕРОМ С ПЛАНЕТУ

Учёные доказали, что изменение климата в XX столетии является следствием повышения среднеглобальной приземной температуры воздуха. Потепление объясняют тем, что в атмосфере возросли концентрации парниковых газов: углекислого газа, метана, хлорфторутлеродов, оксидов азота.

39. Биосфера как глобальная экосистема

Рассмотрение основополагающих вопросов общей экологии целесообразно начать со знакомства с биосферой как глобальной экосистемой и закономерностями ее функционирования. В таком случае разделы экологии более низкого ранга (популяционный, экосистемный) будут в определенной мере подчинены углубленному раскрытию закономерностей существования биосферы и допустимых пределов вмешательства в нее или ее звенья человека. Другими словами, на уровне экосистем элементарного плана должен осуществляться в основном принцип локальных действий, в то время как биосферный уровень формирует базу для глобального мышления.

В настоящее время становится предельно ясным, что среда, в которой мы живем, сформирована жившими организмами различных геологических эпох. По образному выражению Б. Коммонера, окружающая среда — «… это дом, созданный на Земле жизнью и для жизни». При этом каждое поколение организмов этот дом совершенствовало соответственно изменявшимся условиям и обитающим в нем существам. Эти истины стали понятными людям далеко не сразу. Важнейший вклад в этот раздел современной экологии внесли исследования академика В. И. Вернадского (1863-1945), его учение о биосфере. Понятие «биосфера». Термин «биосфера» в научную литературу введен в 1875 г. австрийским ученым-геологом Эдуардом Зюссом. К биосфере он отнес все то пространство атмосферы, гидросферы и литосферы (твердой оболочки Земли), где встречаются живые организмы.

Владимир Иванович Вернадский (1863-1945) использовал этот термин и создал науку с аналогичным названием. Если с понятием «биосфера», по Зюссу, связывалось только наличие в трех сферах земной оболочки (твердой, жидкой и газообразной) живых организмов, то, по В. И. Вернадскому, им отводится роль главнейшей геохимической силы. При этом в понятие биосферы включается преобразующая деятельность организмов не только в границах распространения жизни в настоящее время, но и в прошлом. В таком случае под биосферой понимается все пространство (оболочка Земли), где существует или когда-либо существовала жизнь, то есть где встречаются живые организмы или продукты их жизнедеятельности. В. И. Вернадский не только сконкретизировал и очертил границы жизни в биосфере, но, самое главное, всесторонне раскрыл роль живых организмов в процессах планетарного масштаба. Он показал, что в природе нет более мощной геологической (средообразующей) силы, чем живые организмы и продукты их жизнедеятельности. Учение В. И. Вернадского о биосфере произвело переворот во взглядах на глобальные природные явления, в том числе геологические процессы, причины явлений, их эволюцию. До трудов В. И. Вернадского эти процессы прежде всего связывались с действием физико-химических сил, объединяемых термином «выветривание». В. И. Вернадский показал первостепенную преобразующую роль живых организмов и обусловливаемых ими механизмов образования и разрушения геологических структур, круговорота веществ, изменения твердой (литосферы), водной (гидросферы) и воздушной (атмосферы) оболочек Земли. Ту часть биосферы, где живые организмы встречаются в настоящее время, обычно называют современной биосферой, или необиосферой, а древние биосферы относят к палеобиосферам, или белым биосферам. В качестве примеров последних можно назвать безжизненные скопления органических веществ (залежи каменных углей, нефти, горючих сланцев и т. п.) или запасы других соединений, образовавшихся при участии живых организмов (известь, мел, соединения кремния, рудные образования и т. п.).

Границы биосферы. По современным представлениям необиосфера в атмосфере простирается примерно до озонового экрана (у полюсов 8-10 км, у экватора — 17-18 км и над остальной поверхностью Земли — 20-25 км). За пределами озонового слоя жизнь невозможна вследствие наличия губительных космических ультрафиолетовых лучей. Гидросфера практически вся, в том числе и самая глубокая впадина (Марианская) Мирового океана (11022 м), занята жизнью. К необиосфере следует относить также и донные отложения, где возможно существование живых организмов. В литосферу жизнь проникает на несколько метров, ограничиваясь в основном почвенным слоем, но по отдельным трещинам и пещерам она распространяется на сотни метров.

40. Антропогенное воздействие на виды живых организмов.

Можно выделить несколько особенностей действия антропогенных факторов: 

1)Нерегулярные действия и организмы не могут приспособиться к этим действиям.  

2)Неограниченные возможности действия на организмы, вплоть до полного уничтожения (стихийные бедствия) 

3) Человеческая деятельность ведет к изменению среды и делает ее не благоприятной для живых организмов.

4) только человек в природе вредит самому себе. 

5)среди антропогенных факторов надо выделить социальный фактор, который более существенный  для человеческого общества.

В «жизни» географической оболочки огромную роль играет растительность, осуществляющая фотосинтез, благодаря чему происходит прирост фитомассы. Этот процесс является важной функцией биосферы, начальной фазой биологического круговорота. Из общей массы живого вещества планеты 99 % принадлежит зеленым растениям суши и океана. В биомассе суши преобладает фитомасса, а в океане — зоомасса. За год растения суши и океана усваивают около 5 • 10¹⁰ т углерода, разлагают 1,3 • 10¹¹ т воды, выделяют 1,2 • 10⁵ т молекулярного кислорода и связывают  18,84 • 10¹⁷ кДж солнечной энергии, трансформированной в потенциальную химическую энергию органических веществ.

Распределение растительной массы в пределах географической оболочки неравномерно. Оно зависит от гидротермических условий, рельефа, почвогрунтов и т.д. Основная масса растительности суши приходится на долю лесов (82 % общих запасов), хотя они занимают лишь около четверти ее. Наибольшей продуктивностью отличаются тропические влажные леса. Средние запасы фитомассы в них оцениваются в 440 т/га. По запасам фитомассы за тропическими лесами идут субтропические лиственные — 410 т/га, широколиственные умеренного пояса — 370 — 400, средняя и южная тайга — 260 — 330 т/га.

Леса — составная часть биосферы и географической оболочки в целом, они с древнейших времен представляли собой непременное окружение человека.

Леса играют огромную роль в поддержании определенных природных процессов, поставляя в атмосферу кислород: 1 га леса может поглотить 5 –10  т углекислого газа и выделить 10 — 20 т кислорода в год. В лесу (особенно хвойном) в воздух выделяются фитонциды, убивающие микробы и оздоровляющие воздух. Лесная растительность играет важную водорегулирующую, роль, предупреждает водную и ветровую эрозию. Леса поставляют древесину, смолы, орехи, ягоды и многие другие виды сырья и продуктов. Они необходимы для существования многих видов животных. Важна роль лесов в удовлетворении потребностей человека в отдыхе и оздоровлении. Нельзя недооценивать и эстетические свойства лесных ландшафтов.

К сожалению, состояние лесов нашей планеты в настоящее  время критическое. С каждым годом усиливается наступление на  них человека. Увеличивающиеся потребности в древесине для производства бумаги и строительства ежегодно приводят к сокращению площади лесов в мире. Особую тревогу вызывает у мировой  общественности состояние влажно-тропических лесов. Они уничтожаются быстрыми темпами, что связано с переводом занимаемых ими земель в сельскохозяйственное использование, а также со строительством дорог и населенных пунктов. Влажно-тропические леса покрывают 6 % земной поверхности, но а них сосредоточено не менее половины земных видов животных и растений, число которых достигает по разным оценкам, от 5 до 30 млн. Каждый год наряду с непосредственным   уничтожением от 7,6 до 10,0 млн га еще 10 млн га таких лесов оказываются сильно разрушенными. Большие площади лесов были сведены за последние 350 лет. В Западной Европе за тысячу лет лесистость уменьшилась с 70 до 25 %. В Великобритании, располагающейся в лесной зоне, площадь лесов составляет лишь 4 %. Следует отметить, что сейчас я развитых странах много средств выделяется на лесовосстановительные работы.

В последние  годы  бичом  лесов Западной Европы стало закисление почвы, которое происходит в результате выпадения кислотных   осадков. Еще   в   1970 г.      мало   данных об ущербе, причиняемом деревьям. В ФРГ 1983 г. пораженная поверхность листвы достигла 34 %, а в   1985 г. — 50 %. Швеция сообщила о незначительном и умеренном ущербе в 30 % ее лесов; сведения из других стран Восточной и Западной Европы весьма тревожны. Примерно 14 % европейских лесов затронуты этим процессам.

Неблагоприятная ситуация сложилась в лесах и нашей страны. Эксплуатация лесов в течение многих десятилетий привела к резкому уменьшению лесных ресурсов, изменению структуры древостоя. Происходит систематическое сокращение площадей спелых и перестойных лесов, главным образом в результате вырубки хвойных насаждений. Такая картина особенно характерна для лесов европейской территории России и Урала.

Уменьшение площади лесов сокращает возможности трансформации и аккумуляции солнечной энергии. Потребность человечества в органической продукции биосферы уже превышает ее фактический объем в энергетическом выражении.

Животный мир — часть биосферы, необходимая для нормального функционирования географической оболочки и круговорота вещества. На земле обитает около 1,0 — 1,5 млн видов животных, что в 3 раза превышает количество видов растении. Многие животные используются человеком для питания, как источники сырья для промышленности и кустарного производства.

Воздействие человека на животный мир делится на прямое и косвенное. Прямое может выражаться в непосредственном уничтожении (сознательном или бессознательном) животных, косвенное — в изменении природной среды, создании новых экологических условий обитания.

Прямое воздействие на животный мир началось с древних времен, когда человек в процессе охоты добывал себе пищу, одежду. Именно поэтому до сих пор существует мнение, что основной причиной умирания таких крупных млекопитающих, как мамонты, была деятельность древних охотников. С усовершенствованием орудий охоты и появлением огнестрельного оружия истребление животных приняло катастрофические масштабы. За 27 лет на Командорских островах полностью была уничтожена стеллерова корова — эндемик тех мест.

В значительной степени подорваны человеком животные ресурсы Мирового океана, казавшиеся долгое время неисчерпаемыми. В 1604 г. А. Беннет положил начало мирового промысла на моржей из-за их клыков. Истребление моржей активно, началось на архипелаге Шпицберген и впоследствии продвигалось на восток. Только на о-ве Медвежьем в 1667 г. за несколько часов было убито 900 моржей, причем туши бросали, хотя мясо, жир и кожу можно было использовать. В 1923 г. к берегам Аляски прибило более тысячи моржовых туш без клыков.

Огромные масштабы рыболовного промысла в последние десятилетия сильно уменьшили запасы рыбы в морях и океанах. Естественное воспроизводство не успевает за уровнем вылова.

После второй мировой войны рыболовство в мире расширялось, причем с 1950 по 1969 г. мировой улов рыбы увеличился с 20 до 65 млн т, т.е. ежегодно возрастал на 6 — 7 %. Однако после 1970 г. в связи с истощением запасов рыбы средний рост ее ежегодного улова снизился примерно до 1 %. По данным ФАО, в настоящее время возможен лишь постепенный рост улова рыбы примерно до уровня 80 — 100 млн т, даже если предположить, что продуктивность истощенных запасов восстановится и увеличатся уловы ранее мало использовавшихся видов рыб. В результате чрезмерного вылова пострадали запасы отдельных видов рыб: перуанского анчоуса, нескольких видов североатлантической сельди, калифорнийских сардин и др.

В настоящее время широкое применение получил химический способ борьбы с так называемыми вредными представителями фауны. При этом происходит как прямое, когда целенаправленно истребляется какой-то вид, так и косвенное воздействие, когда погибают виды, для которых это воздействие не предполагалось. В свое время для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур применялся препарат ДДТ, который кроме вредителей уничтожал и полезных насекомых, например пчел. Детальные исследования препарата показали, что при его применении в растениях накапливаются высокотоксичные вещества, которые попадают через пишу в организм человека. Сейчас он нигде в сельском хозяйстве не применяется.

Но появились новые ядохимикаты, используемые повсеместно. Это пестициды — сильно действующие отравляющие вещества. Они включают в себя: инсектициды (средства для уничтожения вредных насекомых), родентициды (для борьбы с грызунами), бактерициды (для уничтожения бактерий, вызывающих болезни у культурных растений), гербициды (для истребления сорняков), фунгициды (для борьбы с возбудителями грибковых болезней).

Пример прямого воздействия на животный мир — переселение отдельных видов в новые места обитания.

Косвенное влияние на фауну происходит в основном из-за изменения, а иногда и уничтожения мест обитания: уменьшается численность отдельных видов, а некоторые полностью исчезают. Широкое распространение антропогенных ландшафтов способствует и переходу многих животных к синантропному образу жизни, т.е. они тем или иным образом приспосабливаются к новым местам и условиям обитания (черная и серая крысы, комнатная муха, черный и рыжий тараканы, галка, домашний воробей, городская и деревенская ласточки, грач и пр.).

44. Формы и методы охраны ОС

Охрана окружающей среды, или прикладная экология — комплекс мер, предназначенных для ограничения отрицательного влияния человеческой деятельности на природу. Такими мерами могут являться:

• Ограничение выбросов в атмосферу и сбросов в гидросферу с целью улучшения общей экологической обстановки.
• Создание заповедников, заказников и национальных парков с целью сохранения природных комплексов.
• Ограничение лова рыбы, охоты с целью сохранения определённых видов.
• Ограничение несанкционированного выброса мусора. Использование методов экологической логистики для тотальной очистки от несанкционированного мусора территории региона.
• На сегодняшний день эта проблема обостряется с каждым днем все сильнее.

Опасность необратимых изменений природной среды в отдельных регионах Земли стала реальной из-за возросших масштабов хозяйственной деятельности человека. По данным Всемирного союза охраны природы ежегодно сжигается около 1 млрд тонн условного топлива, выбрасываются в атмосферу сотни млн. тонн оксидов азота, серы, углерода, часть из них возвращается в виде кислотных дождей, сажи, золы и пыли, то есть происходит Загрязнение атмосферы. Почвы и воды загрязняются промышленными и бытовыми стоками (сотни млрд. т в год), нефтепродуктами (несколько млн. т), минеральными удобрениями (около сотни млн. т) и пестицидами, тяжёлыми металлами (ртуть, свинец и др.), радиоактивными отходами. Появилась опасность нарушения озонового экрана Земли.

Передовые промышленные страны выработали ряд ключевых организационных и научно-технических мероприятий по охране окружающей среды. Они заключаются в следующем: определение и оценка основных химических, физических и биологических факторов, отрицательно влияющих на здоровье и работоспособность населения, с целью выработки необходимой стратегии снижения отрицательной роли этих факторов; оценка потенциального воздействия токсичных веществ, загрязняющих окружающую среду.

45.Взаимоотношения природа-человек: история и современность.

Основные этапы воздействия человека на биосферу

«человечество получило такую власть над природой, которая намного превосходит воздействие других видов, и человек как биологический вид уже не находится в равновесии с окружающей средой» (Ф. Дре, 1976).

Возможность человека манипулировать природой и активно влиять на окружающий мир проявилась не сразу. В историческом плане воздействие человека на биосферу претерпело следующие основные этапы (по Н. Ф. Реймерсу):

1)воздействие людей на биосферу лишь как обычных биологических видов;

2)сверхинтенсивная охота без резкого изменения экосистем в период становления человечества;

3)изменение экосистем через пастьбу скота, ускорение роста трав путем их выжигания и т. п.;

4)усиление влияния на природу с коренным преобразованием части экосистем (распашка земель, широкая вырубка лесов и т. п:);

5)глобальное изменение всех экологических компонентов в целом в связи с неограниченной интенсификацией хозяйства.

Последний этап начался сравнительно недавно — главным образом в XX в. В настоящее время мы находимся на таком этапе антропогенного влияния на биосферу, когда изменения, вызванные человеком, широко затронули всю оболочку планеты и приняли небывалые по масштабам размеры.

Группа американских ученых (Д. X. Медоуз, Д. Л. Медо-уз, И. Рэндерс, В. Беренс)* а также представители «Римского клуба», используя методы системного анализа, с помощью ЭВМ разработали математическую модель будущего развития биосферы как мировой системы по пяти основным параметрам: население, производство продуктов питания, промышленное производство, загрязнение окружающей среды, возобновляемые природные ресурсы. Авторы модели пришли к выводу о том, что если темпы роста народонаселения, экономики, скорости истощения природных ресурсов будут увеличиваться в таких же масштабах, то к 2020 — 2040 гг. ^человечество окажется на пороге гибели в результате разрушения природной среды. Иными словами, деградация биосферы представляет ныне прямую угрозу нашей цивилизации, Поскольку пределы возможных нагрузок уже достигнуты.

Современной экологической наукой доказано, что биота сама способна регулировать и стабилизировать окружающую природную среду. Реагируя на внешние возмущения сильными обратными связями (что аналогично действию принципа Ща Шателье — Брауна в термодинамике), биота возвращает ^окружающую природную среду к прежнему состоянию. Однако такая реакция биоты возможна лишь да определенного Предела. В случае превышения хозяйственной или несущей емкости биосферы, биота, как утверждают В. И. Данилов-Дашильян и К.С. Лосев (1996), сама становится «источником за-шзнения». Сохраняющаяся естественная часть продолжает компенсировать возмущение, однако подобной компенсации же недостаточно для возвращения природной среды в исход-be состояние.