Типы экологических взаимодействий план-конспект урока по биологии (11 класс) на тему. Основные типы экологического воздействия — Гипермаркет знаний Общая характеристика типов экологических взаимодействий

Два вида любых организмов, живущих на одной территории и контактирующих друг с другом, вступают в различные отношения между собой.

Все биотические связи можно разделить на 6 групп: ни одна из популяций не влияет на другую (0,0); взаимовыгодные полезные связи (++); отношения, вредные для обоих видов (--); один из видов получает выгоду, другой испытывает угнетение (Н--); один вид получает пользу, другой ничего не испытывает (+0); один вид угнетается, но другой не извлекает пользы (-0).

Если два вида не влияют друг на друга, то имеет место нейтрализм. (00). В природе истинный нейтрализм очень редок, поскольку между всеми видами возможны опосредованные взаимодействия, эффекта которых мы не видим просто в силу неполноты наших знаний.

Для одного из совместно обитающих видов влияние другого отрицательно, в то время как угнетающий не получает ни вреда, ни пользы -- это аменсализм (-0). Пример аменсализма -- светолюбивые травы, растущие под елью и страдающие от сильного затенения.

Форма взаимоотношений, при которой один вид получает какое-либо преимущество, не принося другому ни вреда, ни пользы, называется комменсализмом (+0). Например, крупные млекопитающие (собаки, олени) служат разносчиками плодов и семян с зацепками (вроде репейника), не получая от этого ни вреда, ни пользы. Проявления комменсализма разнообразны, поэтому в нем выделяют ряд вариантов:

«нахлебничество» -- потребление остатков пищи хозяина. Таковы, например, взаимоотношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул с рыбами-прилипалами;

«сотрапезничество» -- потребление разных веществ или частей одной и той же пищи. Пример -- взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих органические вещества перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли;

«квартирантство» -- использование одними видами других (их тел, их жилищ) в качестве своих убежищ или жилищ. Такой тип взаимоотношений широко распространен у растений -- примером могут служить лианы и эпифиты (орхидеи, лишайники, мхи), поселяющиеся непосредственно на стволах и ветвях деревьев.

В природе часто встречаются взаимовыгодные связи видов, при которых организмы получают обоюдную пользу (++). К этой группе взаимополезных биологических связей относятся многообразные симбиотические взаимоотношения организмов -- симбиоз. Обязательное условие симбиотических отношений -- совместная жизнь, определенная степень сожительства организмов. Классическим примером симбиоза являются лишайники, представляющие собой тесное взаимовыгодное сожительство грибов и водорослей.

Одним из типов взаимополезных связей (++) является и протокооперация (то есть первичное сотрудничество). При этой форме совместное существование выгодно для обоих видов, но не обязательно для них, а значит, не является непременным условием выживания. Примером прото-кооперации можно назвать распространение муравьями семян некоторых растений леса, опыление пчелами разных луговых растений.

Более тесные взаимовыгодные отношения, при которых присутствие каждого из двух видов становится обязательным, называется мутуализмом (++). Таковы, например, взаимоотношения узкоспециализированных к опылению растений (инжир, купальница, дурман, орхидные) с опыляющими их видами насекомых.

Если два и более вида обладают сходными экологическими требованиями и обитают совместно, между ними могут возникнуть взаимоотношения отрицательного типа, которые называются конкуренцией (--).

В общем смысле слово «конкуренция» означает соперничество, соревнование. В самом деле, когда две популяции используют одни и те же ресурсы (тем более дефицитные), то между видами неизбежно возникает соперничество за овладение этими ресурсами. Каждый вид при этом испытывает угнетение, что отрицательно сказывается на росте и выживаемости организмов, на численности их популяций.

Хищничество (Н--) -- широко распространенный тип взаимоотношений организмов, при котором представители одного вида убивают и поедают представителей другого. Хищничество -- одна из форм пищевых отношений.

Для типичного хищника (волка, рыси, норки) характерно охотничье поведение. Но кроме хищников-охотников существует большая группа хищников-собирателей, способ питания которых заключается в простом поиске и сборе добычи. Таковы, например, многие насекомоядные птицы, собирающие пищу на земле, в траве или на деревьях.

Все многообразие взаимоотношений между организмами можно разделить на два основных типа: антагонистические и неантагонистические .

Хищничество – форма взаимоотношений организмов разных трофических уровней, при которой один вид организмов живёт за счёт другого, поедая его.

Конкуренция – форма взаимоотношений, при которых организмы одного трофического уровня борются за пищу и другие условия существования, подавляя друг друга.

Основные формы неантагонистических взаимодействий: симбиоз, мутуализм и комменсализм.

Симбиоз (сожительство) – это обоюдовыгодные, но необязательные взаимоотношения разных видов организмов.

Мутуализм (взаимный) – взаимовыгодные и обязательные для роста и выживания отношения организмов разных видов.

Комменсализм (сотрапезник) – взаимоотношения, при которых один из партнеров извлекает выгоду, а другому они безразличны.

Круговорот веществ

Большой круговорот веществ в природе (геологический) обусловлен взаимодействием солнечной энергии с глубинной энергией Земли и перераспределяет вещества между биосферой и более глубокими горизонтами Земли. Некоторое количество веществ может на время выбывать из биологического круговорота (осаждаться на дне океана, морей, выпадать в глубины земной коры). Но большой круговорот – это и круговорот воды между сушей и океаном через атмосферу.

Малый круговорот веществ в биосфере (биогеохимический) совершается лишь в пределах биосферы. Сущность его – в образовании живого вещества из неорганического в процессе фотосинтеза и в превращении органического вещества при разложении вновь в неорганические соединения.

Химические элементы образуют замкнутую систему (цикл), в которой атомы используются многократно. Суть цикла в следующем: химические элементы, поглощённые организмом, впоследствии его покидают, уходя в абиотическую среду, затем, через какое–то время, снова попадают в живой организм и т.д. Такие элементы называют биофильными [Ананьева, 2001].

1.3.3. Экологические факторы

Экологические факторы – движущая сила, причина какого–либо процесса, явления – любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития, называют экологическим фактором.
Экологические факторы среды принято делить на две группы:

1. факторы косной (неживой) природы – абиотические или абиогенные;

2. факторы живой природы – биотические или биогенные.

Абиотические факторы – это совокупность факторов неорганической среды, влияющих на жизнь и распространение организмов. Их делят на физические, химические и эдафические.

Физические факторы – это те, источник которых – физическое состояние или явление (механическое, температурное воздействие и др.), химические происходят от химического состава среды (солёность воды, содержание кислорода и др.), эдафические (почвенные) – это совокупность химических, физических и механических свойств почв и горных пород, оказывающие воздействие как на организмы почвенной биоты, так и на корневую систему растений (влияние влажности, структуры почв, содержания гумуса и т. п. на рост и развитие растений).

Всё живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду. Биотические факторы – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие.

Биотические факторы способны влиять на абиотическую среду, создавая микроклимат или микросреду: например, в лесу летом прохладнее и влажнее, а зимой – теплее. Но микросреда может иметь и абиотическую природу: под снегом, в результате его отепляющего действия, выживают мелкие животные (грызуны), сохраняются всходы озимых злаков.

Антропогенные факторы – факторы, порождённые человеком и воздействующие на окружающую среду (загрязнение, эрозия почв, уничтожение лесов и т. д.).

В начале 70-х годов XX в. американский биолог и эколог Барри Коммонер обобщил системность в экологии в виде четырёх законов. Их соблюдение – обязательное условие любой деятельности человека в природе.

Биотические факторы , воздействующие на растения как первичные продуценты органического вещества, подразделяют на зоогенные и фитогенные.

Живое неотрывно от среды. Среда – одно из основных экологических понятий, которое означает весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, всё то, среди чего он живёт и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определённому комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования.

Несмотря на многообразие экологических факторов и различную природу их происхождения, существуют некоторые общие правила и закономерности их воздействия на живые организмы.

Для жизни организмов необходимо определённое сочетание условий. Если все условия среды обитания благоприятны, за исключением одного, то именно это условие становится решающим для жизни рассматриваемого организма. Оно ограничивает (лимитирует) развитие организма, поэтому называется лимитирующим фактором.

Первоначально было установлено, что развитие живых организмов ограничивает недостаток какого-либо компонента, например, минеральных солей, влаги, света и т.п. В середине XIX века немецкий химикорганик Юстас Либих в 1840 г. первым экспериментально доказал, что рост растения зависит от того элемента питания, который присутствует в относительно минимальном количестве. Он назвал это явление законом минимума ; в честь автора его ещё называют законом Либиха:

Однако, как выяснилось позже, лимитирующим может быть не только недостаток, но и избыток фактора, например, гибель урожая из-за дождей, перенасыщение почвы удобрениями и т.п.

Понятие о том, что наравне с минимумом лимитирующим фактором может быть и максимум, ввёл американский зоолог В. Шелфорд в 1913г., сформулировавший закон толерантности :

Благоприятный диапазон действия экологического фактора называется зоной оптимума (нормальной жизнедеятельности). Чем значительнее отклонение действия фактора от оптимума, тем больше данный фактор угнетает жизнедеятельность популяции. Этот диапазон называется зоной угнетения .

Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки , за пределами которых существование организма или популяции уже невозможно. В соответствии с законом толерантности любой избыток вещества или энергии оказывается загрязняющим среду началом.

Виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными (форель, орхидея), а виды, приспосабливающиеся к экологической обстановке с широким диапазоном изменения параметров, – эврибионтными (мыши, крысы, тараканы).

Состав среды

Состав водной среды . Большая часть поверхности Земли покрыто водой. Распространение и жизнедеятельность организмов в водной среде в значительной степени зависят от её химического состава. Тем не менее, проблемы, связанные с водой, возникают даже у водных организмов.

Состав воздуха . Состав воздуха в современной атмосфере находится в состоянии динамического равновесия, зависящего от жизнедеятельности живых организмов и геохимических явлений глобального масштаба.

Состав почв представляет собой продукт физического, химического и биологического преобразования горных пород, включающей твёрдые, жидкие и газообразные компоненты.

В процессе исторического развития живые организмы освоили четыре среды обитания . Первая – вода. В воде жизнь зародилась и развивалась многие миллионы лет. Вторая – наземно-воздушная – на суше и в атмосфере возникли и бурно адаптировались к новым условиям растения и животные. Постепенно преобразуя верхний слой суши – литосферы, они создали третью среду обитания – почву, а сами стали четвёртой средой обитания [Акимова, 2001].

Все составные компоненты экосистем находятся в постоянном взаимодействии. Однако любая экосистема чрезвычайно устойчива и ее составляющие строго сбалансированы, другими словами, в биогеоценозах соблюдается экологическое равновесие.

Экологическое равновесие - это состояние экосистемы, при котором состав и продуктивность ее биотической части (растений, животных, грибов, водорослей, бактерий) соответствует абиотическим условиям - почве и климату.

Но все же изменения в экосистемах происходят; они бывают обратимые и необратимые.

Обратимые изменения происходят в течение года, с весны до весны. При таких изменениях видовой состав экосистем сохраняется.

Необратимые изменения называются экологическими сукцессиями. При этом меняется видовой состав организмов экосистемы. Роль одних видов увеличивается, роль других уменьшается. Изменение количества особей разных видов в экосистеме напоминает движение маятника, но амплитуда обычно такова, что экологическое равновесие не нарушается.

Равновесие проявляется в следующем:

1) в постоянстве циклов питательных элементов: весь углерод, азот, усвоенный экосистемой из атмосферы, возвращается в нее;
2) в полном рассеивании поступившей в экосистему энергии: вся энергия, усвоенная экосистемой, после прохождения по цепям «продуцент - консумент - редуцент» рассеивается, т. е. «сжигается» в процессе дыхания.

Равновесие в экосистемах достигается также благодаря тому, что каждая экологическая группа видов занимает свою экологическую нишу. Совокупность факторов среды (абиотических и биотических), которые необходимы для существования вида, называют экологической нишей. Экологическая ниша характеризует образ жизни организма, условия его обитания и питания. В отличие от понятия «ниша» понятие «местообитание» обозначает территорию, где живет организм, т. е. его «адрес». Например, травоядные обитатели степей корова и кенгуру занимают одну экологическую нишу, но имеют различные места обитания. Наоборот, обитатели леса белка и лось, относящиеся к травоядным животным, занимают разные экологические ниши.

У близкородственных видов, живущих вместе, обычно наблюдаются очень тонкие разграничения экологических ниш. Так, пасущиеся в саваннах копытные по-разному используют пастбищный корм: зебры обрывают в основном верхушки трав, антилопы гну кормятся тем, что оставляют зебры, газели выщипывают самые низкие травы. Такое же «разделение труда» в южноевропейских степях осуществляли когда-то дикие лошади, сурки и суслики. Так происходит разделение животных по разным экологическим нишам.

Кроме того, в экосистемах представлены организмы, по-разному использующие питательные вещества и энергию.

Продуценты - автотрофные организмы экосистем - усваивают солнечную энергию и производят первичную биологическую продукцию.

Консументы - гетеротрофные организмы экосистем - перерабатывают эту первичную биологическую продукцию во вторичную.

Редуценты разлагают органическое вещество, возвращая минеральные элементы в почвенный раствор.

В этом сложившемся «производстве» участвуют популяции разных видов. Каждая занимает некоторое пространство, и все они потребляют разные ресурсы в разное время суток или сезонов года.

Разделение между популяциями пространства и ресурсов называется дифференциацией экологических ниш. Например, у представителей разных видов рационы питания различны: птицы поедают плоды и семена растений, насекомых, червей; грызуны - траву, зерно; млекопитающие - животных и растения. Легко понаблюдать дифференциацию экологических ниш в экосистеме водоема: одни организмы обитают в поверхностных слоях (медузы, планктон), другие ведут придонный образ жизни (бентос, камбала). У разных видов планктона и бентоса пища неодинакова.

Ярусность в лесу - пример дифференциации экологических ниш у растений. Растения имеют один тип питания - минеральные компоненты почвы, углекислый газ, вода и энергия солнечного света. Тем не менее их ниши дифференцированы: есть светолюбивые и тенелюбивые, ярусность наземная и подземная; им требуются различные элементы питания и неодинаковое количество воды; они в разное время цветут и плодоносят; каждое растение имеет собственных опылителей - это и означает, что все виды имеют разные экологические ниши. Особенно хорошо заметна ярусность в лесах. Например, в еловых лесах выделяются древесный, травяно-кустар- ничковый и моховой ярусы. Пять-шесть ярусов можно выделить и в широколиственном лесу: первый образован деревьями первой величины (дуб, липа, клен); второй - деревьями второй величины (рябина, дикие яблоня и груша, черемуха); третий - подлеском (лещина, крушина, жимолость); четвертый - высокими травами (борец, чистотел); пятый - более низкими травами (сныть, осока); шестой - низкими, стелющимися травами (копытень).

Ярусность позволяет растениям более полно использовать световой поток: под пологом высоких растений могут существовать теневыносливые, вплоть до тенелюбивых растений. Такую же ярусность можно наблюдать и в почве. Подземная ярусность фитоценозов связана с разной глубиной укоренения растений, входящих в их состав. В лесах можно наблюдать несколько (до шести) подземных ярусов.

Животные также связаны с тем или иным ярусом растительности. Белка и соболь, например, живут в верхних ярусах, но могут спускаться вниз - за грибами и ягодами. Некоторые виды животных вообще не покидают своего яруса. Так, ёж никогда не будет взбираться на деревья. Дифференциация ниш у животных может сопровождаться сигналами, извещающими о том, что участок занят (волки и лисы «метят» стволы деревьев, птицы поют). Некоторые растения выделяют в атмосферу или в почву вещества, препятствующие росту других растений.

Биологический смысл дифференциации ниш - снижение конкуренции и возможность сосуществования различных видов.

Кроме того, что все живые организмы, составляющие экосистему, стремятся занять свою экологическую нишу, представители отдельных популяций вступают в кратковременное либо в длительное, постоянное взаимодействие друг с другом. Виды этих взаимодействий могут быть самыми различными.

Если две популяции не влияют друг на друга, а их отношения нейтральны, такой вид взаимодействия называют нейтрализмом. Но это встречается очень редко. Например, синицы и лоси, которые обитают в разных экологических нишах в одном лесу, не конкурируя и не мешая друг другу.

Форма взаимоотношений, при котором один вид использует другой и последний при этом не получает ни вреда, ни пользы, называется комменсализмом. Это явление можно наблюдать, когда крупные млекопитающие (собаки, лоси) распространяют семена растений, имеющих зацепки (как у репейника), не получая при этом ни вреда, ни пользы.

Существует несколько видов комменсализма.

Нахлебничество - потребление остатков пищи хозяина. Таковы отношения львов и гиен, подбирающих остатки недоеденной пищи, или акул с рыбами-прилипа- лами.

Сотрапезничество - потребление разных веществ или частей одного и того же ресурса. Например, это взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих разные органические вещества из перегнивших биологических остатков, и высшими растениями, потребляющими образовавшиеся при этом минеральные соли.

Квартирантство - использование одними видами других (их тел или жилищ) в качестве убежища или жилища. Такой тип взаимоотношений широко распространен у растений. Примером могут служить лианы и орхидеи, лишайники, мхи, поселяющиеся на стволах и ветвях деревьев. В норах грызунов обитают многие виды членистоногих. В коралловых рифах обитает большое количество морских организмов (рис. 14,1). Некоторые рыбы прячутся под зонтиком из щупалец медуз.

Часто организмы взаимодействуют друг с другом таким образом, что получают от этого взаимную пользу; два организма ведут совместную жизнь и их отношения в этом случае называются симбиозом. Степень связи партнеров может быть различной - более или менее тесной.

Так, совместное сожительство может выражаться как кооперация. Пример - опыление пчелами луговых растений, и те и другие не могут жить друг без друга.

Более тесные симбиотические связи называются м у- туализмом. Пример - узкоспециализированные к опылению растения (инжир, купальница, дурман, орхидные) опыляются насекомыми строго определенного вида. Еще один пример: птицы кормятся насекомыми-парази- тами на коже носорога, а их взлет, в свою очередь, служит ему сигналом опасности. Рак-отшельник вступает в симбиоз с актинией: актиния защищает рака от врагов, а он переносит актинию с места на место, что расширяет

Рис. 14.

ее охотничьи угодья. Часть добычи актинии достается несущему ее раку (рис. 14,2).

Клубеньковые бактерии на корнях бобовых, обогащающие азотом корневую систему и осуществляющие реакции нитрификации, - еще один пример симбиоза.

Следующий пример: термиты и их кишечные сожители - жгутиковые. Последние вырабатывают фермент, разлагающий клетчатку. Сами термиты таких ферментов не имеют и без симбионтов погибают.

Также явление симбиоза отмечается в отношениях муравьев и тли. Некоторые муравьи в муравейниках культивируют тлей, «доят» их, заставляя выделять особые сахаристые вещества (рис. 14,5).

Известный пример симбиоза - грибы и деревья, когда гифы грибов (микориза) проникают в сосудистую систему деревьев; и те и другие специализируются на усвоении и разложении своих классов питательных веществ (подосиновики, подберезовики, маслята).

Но не всегда все так гармонично в отношениях различных организмов. Иногда их взаимоотношения носят «обостренный» характер, основанный на взаимном отрицании. Такие отношения называют конкуренцией, т. е. соперничеством, соревнованием. Это бывает в тех случаях, когда две популяции используют одни и те же ресурсы среды. Так, например, все растения борются за свет, влагу, питательные вещества почвы, а животные - за пищевые ресурсы, убежища (если они в дефиците), и в конечном счете - за территорию.

Конкуренция между особями одного вида называется внутривидовой, а между особями разных видов - межвидовой. Как правило, из двух видов с одинаковыми экологическими потребностями один обязательно вытесняет другой.

Примеры межвидовой конкуренции : в Европе в поселениях человека серая крыса совершенно вытеснила другой вид - черную крысу, которая теперь живет в лесных и пустынных районах. В Австралии обыкновенная пчела, завезенная из Европы, вытесняет маленькую туземную, не имеющую жала. В Австралии можно наблюдать очень много примеров необычайно широкого распространения животных, завезенных из Европы.

Происходит разделение мест обитания вследствие конкуренции, которая способствует повышению устойчивости сообществ, более эффективному использованию имеющихся ресурсов.

У растений в конкурентной борьбе за свет преимущество получает тот вид, который либо быстрее растет и раньше становится облиственным, либо имеет морфологические особенности (длинный черешок, большая листовая пластинка), позволяющие улавливать больше света.

Пример внутривидовой конкуренции : самоизреживание растений в лесу. Например, появляется множество всходов елочек из семян. С течением времени видна разница в росте: те, которые растут быстрее, получают больше света и опережают в росте других, более слабых. Наконец более высокие совсем затеняют мелкие и последние засыхают и гибнут. Таким образом, побеждает более сильная особь. Конкуренция регулирует плотность популяции.

Конкуренция тем сильнее, чем ближе потребности организмов к фактору или условию, за которое они конкурируют. В этом отношении наиболее близки интересы организмов одного вида и, следовательно, внутривидовая конкуренция рассматривается как более острая по сравнению с межвидовой.

Кроме конкуренции, существует и взаимопомощь. Так, ель восстанавливается после уничтожения только в том случае, если ей помогут «растения-няни» - березы или ивы. Но в конце концов «няня» погибает, ее затеняют взрослые ели.

Еще один вид отношений организмов - хищничество, когда представители одного вида уничтожают (поедая) представителей другого. Для хищников характерно охотничье поведение, когда они сами ловят добычу.

Но, например, насекомоядные птицы могут и не охотиться за добычей, а отыскивать и собирать ее в траве, на земле, деревьях.

Хищнику, как правило, легче овладеть одиноким животным, ослабленным, больным, отбившимся от стада. В этом случае хищники выполняют роль санитаров.

Хищниками могут быть не только животные, но и растения. Например, росянка, а также пузырчатка и мухоловка охотятся и питаются насекомыми (рис. 15, д, е).

Рис. 15.

ВОПРОСЫ

Дайте определение понятия экологическая ниша и приведите примеры.

Назовите организмы, исходя из способов их питания.

Перечислите основные виды взаимоотношений организмов друг с другом и приведите примеры.

Покажите на конкретных примерах роль симбиоза в природе. Дайте определение понятия конкуренция. Каковы ее последствия для растений и для животных? Поясните, в каких условиях у растений или животных будет отсутствовать конкуренция.

Разъясните биологический смысл хищничества и взаимопомощи.

Типы межвидовых взаимодействий:

1) Конкуренция - виды оказывают друг на друга негативное воздействие;

2) Мутуализм - облигатный симбиоз (виды не могут существовать друг без друга);

3) Протокооперация – факультативный симбиоз(виды могут существовать отдельно, но совместное существование приносит им обоим пользу, например, актинии и крабы);

4) Комменсализм - один вид извлекает пользу от сожительства, другой вид – нет, например, обитатели нор;

5) Нейтрализм – виды не оказывают друг на друга никакого влияния;

6) Аменсализм – один вид угнетает рост и размножение другого, например, сосуществование крупных и мелких растений;

7) Хищничество – поедание одного вида (жертва) другим видом (хищник);

б) Фитогенные факторы – формы взаимоотношений между растениями бывают: прямые (механические), косвенные (через животных, микроорганизмов).

Растения могут быть взаимосвязаны между собой через животных, например: энтомофилия – опыление при помощи насекомых, орнитофилия – птиц и др., животные распространяют семена и плоды растений.

Среда жизни – одно из основных экологических понятий, под которым понимается комплекс окружающих условий, влияющих на жизнедеятельность организмов (особи, популяции, сообщества). У каждой особи своя особая среда жизни: физические, химические и биотические условия, не выходящие за пределы чувствительности и устойчивости к ним данного вида.

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова.

В широком смысле среда – это окружающая среда.

Окружающая среда – это совокупность всех условий жизни (материальных тел, явлений, энергии влияющих на организм) существующих на планете Земля.

Среда – в узком смысле слова – это среда обитания.

Среда обитания – это часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы, а также элементов, привносимых человеком в результате хозяйственной деятельности.

Следовательно: совокупность природных условий и явлений, окружающих живые организмы, с которыми эти организмы находятся в постоянном взаимодействии, называется средой обитания .

Роль среды двояка. Прежде всего, живые организмы получают из среды, в которой обитают, пищу и энергию. Кроме того, различные среды ограничивают распространение организмов по земному шару.

Число видов животных и растений в водной среде значительно меньше, чем наземных, что говорит о том, что эволюция на суше проходила гораздо быстрее. Наиболее богатый растительный и животный мир морей и океанов тропических областей – Тихого и Атлантического океанов. Основная масса организмов Мирового океана сосредоточена в сравнительно небольшой по площади зоне морских побережий умеренного пояса.

В Мировом океане толща воды носит название «пелигиаль», дно – «бенталь», береговая часть – «литораль», она наиболее богата растениями и животными. Обитатели водной среды называются гидробионтами. Пелагические организмы – нектон (рыбы, китообразные) и планктон (низшие ракообразные, одноклеточные водоросли и др.), а обитатели дна – бентос (придонные водоросли, рыбы). Одной из специфических особенностей водной среды является наличие большого количества мелких частиц органического вещества – детрита (высококачественная пища для водных организмов).

Обитатели водоемов выработали соответствующие приспособления к подвижности водной среды, в частности, обтекаемую форму тела, способность дышать растворенным в воде кислородом при помощи жабр и др.

Водная среда оказывает влияние на ее обитателей. В свою очередь, живое вещество гидросферы воздействует на среду обитания, перерабатывает ее, вовлекая в круговорот веществ. Известно, что вода всех видов водоемов разлагается и восстанавливается в биотическом круговороте за 2 млн. лет, т.е. вся она прошла через живое вещество планеты не одну тысячу раз.

Наземно-воздушная среда - Наземная среда самая сложная по экологическим условиям. Экологические факторы здесь отличаются рядом специфических особенностей: сильные колебания температур, более интенсивный свет, меняющаяся влажность в зависимости от сезона года, времени суток и географического положения.

Особенностью этой среды является то, что организмы, обитающие здесь, окружены воздухом – газообразной средой, характеризующейся низкой влажностью, плотностью, давлением, а также высоким содержанием кислорода.

Воздушная среда имеет малые плотности и подъемную силу, незначительную опорность, поэтому в ней нет постоянно живущих организмов - все они связаны с землей, а воздушную среду используют только для перемещения или (и) для поиска добычи. Воздушная среда оказывает на организмы физическое и химическое воздействие.Физические факторы воздушной среды: движение воздушных масс обеспечивает расселение семян, спор и пыльцы растений. Атмосферное давление оказывает существенное влияние на жизнь позвоночных животных - они не могут жить выше 6000 м над уровнем моря.

Химические факторы воздушной среды обусловлены однородным в качественном и количественном отношении составом атмосферы: в наземных условиях содержание кислорода находятся в максимуме, а углекислого газа - в минимуме толерантности растений, в почве - наоборот - кислород становится лимитирующим фактором для аэробов - редуцентов, что замедляет разложение органики.

У обитателей наземной среды в процессе эволюции выработались специфические анатомо-морфологические, физиологические, поведенческие адаптации. У них в ходе эволюции появились органы, обеспечивающие непосредственное усвоение атмосферного кислорода в процессе дыхания (устьица растений, легкие у животных), сложные приспособления для защиты от неблагоприятных факторов (защитный покров тела, механизмы терморегуляций, большая подвижность, периодичность и ритмика жизненных циклов и др.).

Почвенная среда. Почва представляет собой сложную трехфазную систему, в которой твердые частицы окружены воздухом и водой. Почва обладает также своеобразными биологическими особенностями, поскольку она тесно связана с жизнедеятельностью организмов. Все свойства почвы во многом зависят не только от климатических факторов, но и от жизнедеятельности почвенных организмов, которая механически перемешивает ее и перерабатывает химически, создавая в конечном итоге необходимые для себя условия. Свойства почвы в своей совокупности создают определенный экологический режим, основными показателями которого служат гидротермические факторы и аэрация. Хорошо увлажненная почва легко прогревается и медленно остывает.

Всех почвенных обитателей можно разделить на экологические, исходя из размеров степени подвижности: микробиотоп, мезобиота, макробиотоп, макробиота.

По степени связи со средой: геобионты, геофилы, геоксены.

Живой организм всецело зависит от среды и немыслим без неё. В природе на любой организм сразу действует множество абиотических и биотических факторов, они тесно взаимосвязаны и не могут заменять друг друга. Экологические факторы могут оказывать как прямое, так и косвенное воздействие на организм, а также действуют с разной интенсивностью.

Интенсивность экологического фактора, наиболее благоприятная для жизнедеятельности организма называется оптимальной, или Оптимумом .

Сочетание условий среды, обеспечивающее наиболее успешный рост, развитие и размножение вида (популяции) называют Биологическим оптимумом.

Часто в природе бывает так, что одни экологические факторы находятся в изобилии (например, вода и свет), а другие (например, азот) - в недостаточных количествах. Факторы, снижающие жизнеспособность организма, называют ограничивающими (лимитирующими). Например, ручьевая форель живет в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. При содержании в воде кислорода менее 1,6 мг/л форель гибнет. Кислород - ограничивающий фактор для форели. Ограничивающим фактором может быть не только его недостаток, но и избыток. Тепло, например, необходимо всем растениям. Однако если продолжительное время летом стоит высокая температура, то растения даже при увлажненной почве могут пострадать из-за ожогов листьев. Следовательно, для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его роста, развития и размножения. Наилучшее сочетание условий называют биологическим оптимумом. Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение. Умело поддерживая оптимальные условия жизнедеятельности сельскохозяйственных растений и животных, можно повышать их продуктивность.

Чем больше отклонения от оптимума, тем губительнее действует экологический фактор на организм.

Диапазон действия экологического фактора имеет границы – максимум и минимум. Максимальное и минимальное значения экологического фактора, при которых ещё возможна жизнь, называют пределом выносливости (нижние и верхние границы выносливости).

Способность организмов выдерживать определенные колебания экологических факторов, приспосабливаться к новым условиям и осваивать разные среды обитания называется экологической валентностью (толерантностью).

ТОЛЕРАНТНОСТЬ – это способность организмов выдерживать определенный диапазон изменения условий жизни.

Виды организмов с низкой толерантностью (живущие в узком диапазоне действия экологических факторов) называются СТЕНОБИОТНЫМИ, а с широкой толерантностью – ЭВРИБИОТНЫМИ.

Экологическая амплитуда – это ширина диапазона колебаний экологического фактора, например: температура от -50 до +50.

При помещении организма в новые условия он через некоторое время адаптируется к ним, следствием этого является изменение физиологического оптимума, или сдвиг купола толерантности.

Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или Акклиматизацией.

Лимитирующий фактор (ограничивающий) – это фактор, интенсивность действия которого выходит за пределы выносливости организма.

Иначе говоря, тот фактор, который является ведущим в ограничении приспособительных возможностей организма в конкретной среде, называется – лимитирующим.

Например, на Севере лимитирующим фактором является низкая температура, а в пустыне – вода. Именно лимитирующие факторы ограничивают распространение видов в природе.

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СТАВРОПОЛЬСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕДИЦИНСКАЯ АКАДЕМИЯ»

ФЕДЕРАЛЬНОГО АГЕНСТВА

ПО ЗДРАВООХРАНЕНИЮ И СОЦИАЛЬНОМУ РАЗВИТИЮ

КАФЕДРА БИОЛОГИИ С ЭКОЛОГИЕЙ

ХОДЖАЯН А.Б., МИХАЙЛЕНКО А.К., ФЕДОРЕНКО Н.Н.

Основы общей Экологии

Учебное пособие для студентов первого курса

Ставрополь, 2011

1. Экология как наука, её место в системе естественных наук…….… 2.Структура экологии, её разделы, задачи, цели, методы………..…… 3.История развития экологии как науки…………………………….… 4. Экологические факторы среды…………………………………….… 4.1.Понятие об экологических факторах, их классификация……….… 4.2. Характеристика и значение экологических факторов………….… 5.Понятие о среде обитания, классификация и характеристика……… 6. Взаимодействия организма со средой. Лимитирующий фактор…... 7. Адаптация организмов к факторам среды…………………………… 8. Понятие биоценоза, биогеоценоза, экосистемы, их характеристика 9. Взаимосвязи популяций в биогеоценозе. Цепи питания…………… 9.1. Экологическая пирамида…………………………………………… 9.2 Экологический гомеостаз…………………………………………… 9.3 Экологическая сукцессия (смена биогеоценозов)………………… 10. Биологическая продуктивность экосистем………………………… 11. Экология популяций. Понятие экологической ниши……………… 12. Природные и антропогенные ландшафты. Агроценозы…………... 13. Экология и рациональное природопользование. Характеристика природных ресурсов и их классификация……………………………… 14. Глобальные экологические проблемы человечества……………… 15. Основные виды антропогенного воздействия на природу………... 16. Общие проблемы охраны природы……………………………….… 17.Охраняемые природные территории (ландшафты)………………… 18. Экологический мониторинг окружающей среды………………….. 19. Организации экологического контроля среды…………………….. 20. Экологический мини - словарь……………………………………… 21. Рекомендуемая литература………………………………………….

Три опасности уничтожения человечества существует сегодня в мире –

ядерная, экологическая и опасность, связанная с разрушением культуры…

В известном смысле можно предположить, что третья опасность, то есть

Нарушение духовно-поведенческого аппарата привела к появлению и первых двух.

В. Распутин

Экология (от греч. oicos- «дом, убежище, жилище», logos- «наука») – наука, изучающая условия существования живых организмов и взаимосвязи между организмами и окружающей средой. Этот термин впервые применил в 1866 г. известный немецкий биолог-дарвинист Эрнст Геккель (1834-1919) в своей книге «Всеобщая морфология организмов».

«Экология - это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование» - это определение Э. Геккеля написано в те времена, когда экология была ещё исключительно биологической наукой, и организм, считался самым сложным уровнем организации.

С точки зрения современной биологии предметом изучения экологии являются все биологические системы - от организма до биосферы.

Современное определение экологии – это биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени в естественных и измененных человеком условиях.

Это определение дано на 5-м Международном экологическом конгрессе (1990).

Подобно другим областям знаний, экология развивалась на протяжении всей истории человечества.

В настоящее время экология вышла за рамки сугубо биологической науки и превратилась в междисциплинарную науку, изучающую сложнейшие проблемы взаимодействия человека с окружающей средой.

Экология прошла сложный и длительный путь к осознанию современной и глобальной проблемы «человек-природа». Современная экология изучает взаимоотношения человека и биосферы, техносферы с окружающей её природной средой, а сам процесс проникновения проблем и идей экологии в другие области знаний получил название экологизации.

Экологизация образования - тенденция конца ХХ - начала ХХI вв.

Ныне экология возводится в ранг обобщающей науки, которая тесно связана с такими науками, как биология, химия, математика, география, физика, и включает в себя экологические направления в развитии этих дисциплин. На стыке экологии с другими отраслями знаний продолжается развитие таких новых направлений, как промышленная экология, сельскохозяйственная экология, инженерная экология, математическая экология, космическая экология, геоэкология, и т.д .

Экология тесно связана с политикой, экономикой, правом (включая и международное право), психологией, педагогикой и т. п.

В частности, на стыке экологии и классической этики сформировалась экологическая этика , а на пересечении интересов этнографии, культурологии и экологии – этноэкология .

Экологическими проблемами 3емли как планеты занимается глобальная экология , объектом изучения которой является биосфера как глобальная экосистема (экосфера), а взаимоотношениями в системе «человеческое общество - природа» - социальная экология .

Одним из новых самостоятельных ответвлений экологии человека становится быстро развивающаяся отрасль - валеология , рассматривающая вопросы приобретения человеком навыков здорового образа жизни.

Методическую основу экологических знаний составляет сочетание системного подхода, натурных наблюдений, эксперимента и моделирования.

Современная экология имеет сложную структуру. Выделяют общую и частную экологию. Главной целью всех этих направлений является изучение проблемы выживания живых существ в окружающей среде, и перед ними стоят задачи биологического содержания - изучить закономерности адаптации организмов и их сообществ к окружающей среде, саморегуляцию, устойчивость экосистем и биосферы в целом, и т. д.

В таком понимании общую экологию нередко называют биоэкологией .

Общая экология включает в себяосновные разделы:

1. Аутэкология (от греч. autos – сам) или экология особей, занимающаяся исследованием индивидуальных связей отдельного организма (вида, особи) с его природной средой. Она изучает его ареал, экологическую нишу, пределы выносливости к воздействию экологических факторов, адаптацию.

2. Демэкология (от греч. demos – народ) изучает естественные группировки особей одного вида - популяции (элементарные надорганизменные системы). Важнейшей её задачей является выяснение условий, при которых формируются популяция, её структура, динамика численности популяций и взаимоотношения внутрипопуляционных группировок.

3 . Синэкология (от греч. syn – вместе) или экология сообществ(биоценология) , изучает ассоциации популяций разных видов растений, животных и микроорганизмов, образующих биоценозы, пути формирования и развития биоценозов, их структуру, динамику, цепи питания, трофические пирамиды, круговорот веществ и потоки энергии, их продуктивность.

В основе аут-, дем - исследований лежат особь (организм), популяция и вид конкретной группы живых существ (животные, растения, микроорганизмы), син экологические исследования направлены на изучение сложного многовидового комплекса взаимосвязанных организмов в биогеоценозах.

4. Мегэкология – (новая экология, глобальная, социоэкология ), область знаний, включающая все науки, в том числе и небиологические: социальную экологию, правовую экологию, и др., которая занимается вопросами охраны природы, рационального использования природных ресурсов, изучает последствия антропогенного воздействия на биосферу – загрязнение среды, деградацию экосистем, экологические кризисы. Она занимается экологическими проблемами ПЛАНЕТЫ, объект её изучения – БИОСФЕРА.

В частной экологии выделяют: экологию растений, экологию животных, экологию микроорганизмов, экологию человека.

Экология человека изучает вопросы влияния окружающей среды на здоровье, жизнедеятельность человека как биологического вида, оценивает комфортность среды, наличие ядовитых, токсических веществ, частоту заболеваемости в зависимости от условий жизни и средств жизнеобеспечения.

По Реймерсу (1994), выделяют теоретическую и прикладную экологию.

Теоретическая экология вскрывает общие закономерности организации жизни в экосистемах и самой биосфере как глобальной экосистеме Земли.

Прикладная экология изучает механизмы разрушения биосферы человеком, способы предотвращения этого процесса, разрабатывает принципы рационального природопользования на основе законов, правил и принципов фундаментальной (теоретической) экологии.

Задачи теоретической экологии:

1)изучение взаимосвязи организмов, их популяций с окружающей средой;

2)исследование действия среды на строение, жизнедеятельность, поведение организмов, численность их популяций;

3)исследование видового состава биоценозов и отношений между популяциями разных видов;

4)изучение механизмов преобразования популяций и смены биогеоценозов;

5)изучение распространения видов растений и животных на земном шаре в зависимости от климата;

6)моделирование состояния экосистем и глобальных биосферных процессов.

Задачи прикладной экологии:

1)прогнозирование и оценка возможных отрицательных последствий в окружающей природной среде под влиянием деятельности человека;

2)улучшение качества окружающей природной среды;

3)сохранение, воспроизводство и рациональное использование природных ресурсов;

4)оптимизация инженерных, экологических, организационно-правовых, социальных и иных решений для обеспечения охраны природы в наиболее экологически неблагополучных районах.

Стратегической задачей экологии считается развитие теории взаимодействия природы и человеческого общества на основе нового взгляда, рассматривающего человеческое общество как неотъемлемую часть биосферы.

Решение задач, стоящих перед экологией, позволит достичь поставленных перед ней целей :

1.Разработка оптимальных путей взаимодействия общества и природы с учетом законов существования природы.

2. Прогнозирование последствий воздействия общества на природу с целью предотвращения негативных результатов.

Методы экологических исследований:

Полевые, лабораторные и экспериментальные наблюдения и исследования (в естественных условиях и на основе моделирования экосистем), экологический мониторинг, сравнительный и исторический.

Полевые методы представляют собой наблюдения за функционированием организмов в их естественной среде обитания.

Лабораторные – позволяют изучить влияние комплекса факторов моделированной в лабораторных условиях среды на естественные или модельные биосистемы. Эти исследования дают приблизительный результат, который необходимо подтвердить в полевых условиях.

Экспериментальные - включают в себя изучение влияния отдельных факторов естественной или моделированной среды на организмы или экосистемы в условиях постановки эксперимента.

Экологический мониторинг – обеспечивает длительное наблюдение за функционированием экосистем.

Кроме собственных методов, в экологии широко применяются методы таких наук, как химия, физика, математика, цитология, гистология, биохимия, микробиология, генетика, и др.

Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей органической и неорганической среде» отражена еще в трудах Аристотеля (384-322 гг. до н. э.).

С тех пор в истории развития экологических знаний можно выделить три основных этапа.

Первый этап - (до 60-х гг. XIX в.). Зарождение и становление экологии как науки: накопление данных о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания и до первых научных обобщений. В XVII-XVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях (А. Реомюр, А. Трамбле, Ж. Бюффон, К. Линней, И.И. Лепехин, С.П. Крашенников, К.Ф: Рулье и др.). В этот период Т.Мальтус и Ж.Б.Ламарк первыми обосновали негативные последствия влияния деятельности человека на природу.

Второй этап -(вторая половина XIX в.). Экология становится самостоятельной отраслью знаний. Данный этап начинается с работ русских учёных Н.А.Северцова, В.В. Докучаева и других, которые предложили основные принципы и понятия экологии, актуальные до настоящего времени. В 1877 г. немецкий гидробиолог К.Мебиус ввёл понятие биоценоза.

Огромный вклад в развитие основ экологии внёсЧ.Дарвин , открывший основные факторы эволюции живых организмов. Именно в этот период (1866 г.) немецкий биолог Э.Геккель предложил термин «экология».

Экология как самостоятельная наука окончательно сформировалась в начале XX в. Начинают публиковаться обобщения и сводки различных иностранных учений (Ч.Адамс, В. Шелфорд и др.).В.И.Вернадским создаётся фундаментальное учение о биосфере. В 1935 г. А.Тенсли выдвинул понятие «экологическая система», а в 1940 г. русский учёныйВ.Н.Сукачев предложил понятие «биогеоценоз». Во второй половине XX в. экология приобретает особое значение, что связано с загрязнением окружающей среды в результате антропогенного воздействия. Научные основы охраны природы закладываютсяГ.А Кожевниковым, В.В Докучаевым, С.В. Завадским и др.

Третий этап - (с 50-х гг. ХХ в.и до настоящего времени). Превращение экологии в комплексную науку, вобравшую в себя не только биоэкологию, но и разделы географии, геологии, химии, физики, социологии; теории культуры и экономики (по Реймерсу, 1994), а также включившую в себя науки об охране окружающей среды. Современный период развития экологии связан с именами таких крупных зарубежных ученых, как Ю. Одум, Дж. М. Андерсен, А.Швейцер, Т. Миллер и отечественных ученых: И.П. Герасимова, А.М. Гилярова, В.Г. Горшкова, В.И. Данилов-Даниляна, Ю.А. Израэля, Ю.Н. Куражковского, К.С. Лосева, Н.Н. Моисеева; Н.Ф.Реймерса, Ю.М. Свирижева, В.Д: Федорова, С.С. Шварца, А.В. Яблокова; А.Л. Яншина и др.

Одновременно с развитием теоретических основ решались и прикладные вопросы экологии. В конце ХIХ - начале ХХ вв. трудами выдающихся ученых В.В. Докучаева, Г.А. Кожевникова, И.П. Бородина, Д.Н. Анучина, С.В.Завадского и др. были заложены научные основы охраны природы . В 30-40-е гг. в связи с ростом индустриализации страны в России возникает новый вид природоохранной деятельности - рациональное использование природных ресурсов , а в 50-60-е возникла необходимость создания охраны среды обитания человека.

Начиная с 60-х годов ХХ в., практически ежегодно принимались правительственные постановления об усилении охраны природы, издавались законы, постановления, но губительное антропогенное воздействие на природу продолжалось. В 1986 г. на Чернобыльской АЭС произошла крупнейшая за всю историю человечества техногенная экологическая катастрофа.

В современный период Россия переживает тяжелый экологический кризис. Около 15% территории - фактически зоны экологического бедствия, 85 % населения дышит воздухом, загрязненным различными вредными веществами выше допустимых санитарных норм, растет количество «экологически обусловленных» заболеваний, наблюдается деградация и сокращение природных ресурсов. Выход нашего общества из этого кризиса на путь устойчивого развития лежит в том числе и через экологическое образование.

Всё, сказанное выше, красноречиво обобщается высказыванием академика С.С . Шварца: «Экология – наука о жизни природы – переживает свою вторую молодость. Возникшая более 100 лет тому назад как учение о взаимосвязи организма и среды, экология на наших глазах трансформировалась в науку о структуре природы, науку о том, как работает живой покров Земли в его целостности. А так как работа живого все в большей степени определяется деятельностью человека, то наиболее прогрессивно мыслящие экологи видят будущее экологии в теории создания изменённого мира. Экология на наших глазах становится теоретической основой поведения человека и индустриального общества в природе».

Экологические факторы – это определенные условия среды, оказывающие специфическое воздействие на организм. Это понятие впервые ввел Э.Эверсман (1840 г.). Экологические факторы многообразны, имеют разную природу и специфику действия. Они могут быть витальными – т.е. непосредственно влиять на жизнедеятельность организма, быть необходимы или, наоборот, вредны, способствовать или препятствовать выживанию и размножению организмов. Они могут быть природными и антропогенными.

· По природе происхождения:

все экологические факторы делятся на три группы: абиотические (факторы неживой природы), биотические (факторы живой природы) и антропогенные (деятельность человека).

1. Абиотические факторы включают компоненты и явления неживой природы, прямо или косвенно воздействующие на живые организмы. Они подразделяются на:

а) климатические (температура, свет, влажность, атмосферные осадки, ветер, атмосферное давление и др.);

б) эдафические(почвенные) -- (химический состав и структура почвы, влагоемкость, водный, воздушный и тепловой режим почвы, кислотность, газовый состав, уровень грунтовых вод в почве и др.);

в) орографические (рельеф, экспозиция, крутизна склона, перепад высот, высота над уровнем моря);

г) гидрографические (прозрачность воды, текучесть, проточность, температура, кислотность, газовый состав, содержание минеральных и органических веществ и др.);

д) химические (газовый состав атмосферы, солевой состав воды);

е) пирогенные (воздействие огня).

Абиотические факторы также можно разделить на физические, химические и механические.

2. Биотические факторы – совокупность взаимоотношений живых организмов (внутривидовые и межвидовые взаимоотношения), а также их влияние на среду обитания.

К биотическим факторам относятся:

а) фитогенные (влияние растений друг на друга и на окружающую среду);

б) зоогенные (влияние животных друг на друга и на окружающую среду).

3. Антропогенные факторы отражают влияние человека или человеческой деятельности на живые организмы и окружающую среду.

В зависимости от характера воздействия они делятся на две группы :

а) факторы прямого влияния – это непосредственное влияние человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных и тд.).

б) факторы косвенного влияния – это влияние человека через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, урбанизация).

В зависимости от последствий воздействий:

а) положительные – посадка растений, разведение животных, охрана природы и т.д.,

б) отрицательные – вырубка деревьев, загрязнение среды, уничтожение видов растений и животных и т.д.

· По значимости для организма:

экологические факторы подразделяют на две группы:

1.Первостепенные (обязательные) – это те факторы, без которых организм существовать не может и с которыми он находится в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма.

2.Второстепенные – они не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его.

· По периодичности воздействия на организм:

1.Периодические - повторяющиеся регулярно (климатические, приливы и отливы, некоторые океанские течения).

2.Непериодические – их действие не имеет периодичности (нападение хищника, извержение вулкана и т. д.).

· По характеру действия на организм:

1. Сигналы – информирующие организм об изменении окружающей среды. 2. Раздражители – вызывающие адаптивные изменения процессов и функций.

3. Модификаторы – вызывающие какие - либо структурно-функцио-нальные изменения в организме (модификации).

4. Ограничители – лимитирующие существование видов и отдельных популяций в природе.

Наиболее сильно действуют на организм ограничители, наиболее мягко – сигналы.

· В зависимости от возможности потребления организмом:

экологические факторы подразделяются на Условия и Ресурсы .

Условия – экологические факторы, оказывающие положительное или отрицательное влияние на существование и географическую распространенность живых существ, это температура, влажность, свет, давление и др. Условия организмом не расходуются и не уменьшаются.

Ресурсы – все то в природе, из чего организм черпает энергию и получает вещества (пищу) для своей жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы его развития. Ресурсы подразделяются на вещества, энергию, пространство. Например, зеленые растения в процессе фотосинтеза используют для построения своего тела неорганические вещества (минеральные соли и вода) – это вещественные ресурсы, и энергию, которая черпается из солнечного излучения, – это энергетический ресурс.

Но один и тот же фактор можно рассматривать и как Условие, и как Ресурс.

Классификация экологических факторов (по Ю.Одум, 1975)

Абиотические факторы – факторы неживой природы, которые подразделяются на климатические, эдафические, топографические и другие физические факторы. К ним относятся физические и химические характеристики среды, а также климатические и географические факторы, имеющие сложную природу: смена сезонов года, рельеф, направление и сила течения или ветра, лесные пожары.

Климатические факторы

Наиболее важными из них являются: свет, температура, влажность.

а) Световой фактор Свет - это первичный источник энергии, без которого невозможна жизнь на Земле, важнейшая его энергетическая функция - участие в фотосинтезе. Однако свет - не только энергетический ресурс для живых организмов, но и важнейший экологический фактор.

В спектре солнечного излучения выделяют три области, различные по биологическому действию: ультрафиолетовая, видимая и инфракрасная.

1.Ультрафиолетовые лучи- длина волн менее 0,29мкм – это коротковолновые и макроэнергоемкие лучи, они губительны для всего живого. До поверхности Земли доходит лишь незначительная часть УФ лучей, большая их часть задерживается озоновым экраном. Они обладают высокой химической активностью, оказывают мощное бактерицидное действие, способствуют синтезу витамина Д, образованию пигментов, но в больших дозах вызывают повреждение живых клеток, т.к. УФ лучи – мощный мутагенный фактор.

2.Видимые лучи - длина волны 0,4-0,7мкм . Они несут основной запас энергии и необходимы для жизни организмов. Например, эти лучи используются зелеными растениями для синтеза органических веществ - пищи для всех гетеротрофных организмов.

3.Инфракрасные лучи - длина волны свыше 0,75 мкм , не воспринимаются глазом человека, являются источником тепла, тепловой энергии. Они повышают температуру природной среды и самих организмов.

С участием света в организмах протекают важнейшие процессы: у растений - фотосинтез, транспирация, у животных с помощью зрения обеспечивается ориентация в пространстве, перемещение в поисках пищи, регулируются многие физиологические процессы и тд. Холоднокровные животные используют свет для нагрева своего тела. Для некоторых животных и безхлорофильных растений свет не является обязательным условием существования, и многие почвенные, пещерные и глубоководные виды животных приспособлены к жизни в абсолютной темноте. Большинство же животных

хорошо различают спектральный состав света и обладают цветным зрением.

Следовательно, для растений свет является прямым и необходимым фактором жизни, для животных свет является косвенным фактором, т.к. от света зависит жизнь и фотосинтез зеленых растений, которые поедаются животными.

Важное значение для растений имеет интенсивность освещения. По отношению к освёщенности они подразделяются на: светолюбивые (не выносят тени), тенелюбивые (не выносят яркого солнечного света) и теневыносливые (имеют широкий диапазон толерантности к свету).

А все организмы по отношению к свету делятся на эфрифотные – с широким диапазоном истенофотные – с узким диапазоном восприятия света.

Свет имеет большое сигнальное значение и вызывает регуляторные адаптации организмов. Самый надежный сигнал - длина дня, т. е. фотопериод. Фотопериодизм - это реакции организма на сезонные изменения длины дня, всегда одинаковой в данном месте, в данное время, что позволяет, например, растениям определиться со временем цветения, созревания на данной широте.

Развитие природы благодаря фотопериодизму происходит в соответствии с биоклиматическим законом Хопкинса: сроки наступления различных природных явлений (фенодат) зависят от широты, долготы местности и ее высоты над уровнем моря.

Установлено, что организмы реагируют не на количество света, которое они получают, а на чередование в течение суток периодов света и темноты.

Световая реакция в природе имеет суточную и сезонную периодичность, которая обусловлена вращением Земли. Поэтому в ответ на изменение освещенности в течение дня или года у животных появились различные приспособления. У разных видов животных - активность только в определенные часы суток. Для многих организмов изменение длины дня служит сигналом смены сезонов. Реагируя на изменение длины дня, организмы подготавливаются к условиям наступающего сезона. У каждого вида растений выработался годичный цикл роста, размножения, подготовки к зимовке. У многих пресноводных животных укорочение дней осенью вызывает образование покоящихся яиц, переживающих зиму. Для перелетных птиц сокращение светлого времени суток служит сигналом к началу миграции. У многих млекопитающих и птиц от длины дня зависит созревание половых желез и сезонность размножения. Как показали недавние исследования, у многих людей, живущих в умеренном поясе, короткий фотопериод в зимнее время вызывает нервное расстройство - депрессию.

Таким образом, живые организмы способны измерять время, вести его учет, т.е. организмы обладают биологическими часами . Каждый живой организм имеет чувство времени. Животные питаются, охотятся, выводят

потомство в строго определенное время. У растений на ночь закрываются лепестки, опускаются листья и др. Фотопериодизм является важным приспособлением, регулирующим сезонные явления у самых различных организмов.

Б) Температурный режим

Температура - один из важнейших абиотических факторов. Во-первых, она действует везде и постоянно. Во-вторых, температура влияет на скорость многих физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в живых организмах и их клетках. Температура - важнейший из ограничивающих экологических факторов. Пределами толерантности для любого вида являются максимальная и минимальная температуры, за пределами которых вид смертельно поражают жара или холод. Все живые существа способны жить при температуре между 0 и 50°С, что обусловлено свойствами протоплазмы клеток, но различные приспособительные механизмы, выработанные эволюцией, значительно расширяют эти возможности в сторону как высоких, так и низких температур. Поэтому интервал выживания, особенно популяции в целом, может быть и значительнo шире указанного, между так называемыми нижней и верхней «границами стойкости». В этом интервале можно выделить «оптимальный интервал», в котором организмы чувствуют себя комфортно, и численность популяций растет, а за его пределами они оказываются сначала в условиях «пониженной жизнедеятельности», где организм чувствуют ceбя угнетенно, а затем погибают либо от холода (за нижней границей стойкости), либо от жары (за верхней границей стойкости).Этот пример влияния температуры на организмы иллюстрирует общий закон биологической стойкости (по М. Ламотту), применимый к любому из важнейших лимитирующих факторов: величина «оптимального интервала» характеризует величину «стойкости» организма, т. е. величину его толерантности к этому фактору, или «экологическую валентность».

Температура является важнейшим условием существования живых организмов, так как все физиологические процессы - обмен веществ, рост, развитие - возможны только при наличии определенных температурных условий. Температура изменяет скорость протекания физико-химических процессов в клетках, влияет на морфологические особенности организмов, на ход физиологических процессов, их рост, развитие, размножение, поведение и др.Верхний температурный предел жизни неодинаков для разных видов, но редко бывает выше 40-45°С. Только немногие виды приспособлены к жизни при более высокой температуре

По отношению к температуре все организмы подразделяются на две группы: холодолюбивые или криофилы (способные жить при низких температурах) и теплолюбивые или термофилы (живут при довольно высоких температурах).

Организмы с широким диапозоном толерантности к температурному фактору называются – эвритермными , с узким диапазоном – стенотермными.

Беспозвоночные животные, рыбы, амфибии и рептилии лишены способности поддерживать температуру тела, такие организмы называются пойкилотермными или эктотермными. Птицы, млекопитающие, в том числе и человек, способны поддерживать постоянную температуру тела независимо от температуры окружающей среды, их называют гомойотермными или эндотермными.

В животном мире резко преобладают пойкилотермные, значительно меньше гомойотермных животных. Что касается наземных растений, то температура в их жизни имеет не меньшее значение: они погибают уже при температуре, близкой к 50°С, а при температурах ниже 0°С часть растений выживает только благодаря специальным приспособлениям. Растения приспосабливаются таким образом, чтобы уберечь свои почки от мороза под снегом, в почве и т. п., а животные увеличивают маcсy тела, запасая на зиму питательные вещества, поэтому даже животные одного вида на севере крупнее, чем на юге.У животных большее значение имеют физиологические адаптации, простейшая из которых - акклиматизация - физиологическое приспособление к перенесению жары или холода. Более радикальным способом защиты от холода являются миграция в теплые края, зимовка - впадение зимой в спячку. Большинство животных зимой находится в неактивном состоянии, а насекомые вообще останавливаются в своем развитии, наступает период диапаузы.

в) Влажность

Вода выступает как важный абиотический фактор, влияет на другие экологические факторы при их совокупном воздействии на организм и является средой обитания для многих животных и растений. Все живые организмы испытывают потребность в воде. Биохимические реакции, идущие в клетках, протекают только в жидкой среде. Вода для живых организмов служит “универсальным растворителем”, в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена и др. Повышенная или пониженная увлажненность накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру организмов.

Вода является лимитирующим фактором как в наземных, так и в водных местах обитания организмов. В наземно-воздушной среде этот абиотический фактор характеризуется: количеством атмосферных осадков, но для организмов важнее равномерность их распределения по сезонам года, которое в умеренных широтах может привести к засухе или переувлажнению, в тропиках - к чередованию влажных и сухих сезонов; влажность воздушной среды способна изменять температуру: понижение влажности ниже некоторого предела при данной температуре ведет к иссушающему действию воздуха, что приводит к иссушению почвы, затрудняет всасывание воды корневой системой растений. Растения адаптируются к этому, увеличивая всасывающую силу и глубину корневой системы и транспирацией - испарением воды через листья, на что уходит 97-99% воды. По способу адаптации растений к влажности выделяют несколько экологических групп: 1) гигрофиты - наземные растения, произрастающие в повышенной влажности; 2) мезофиты - произрастают в умеренной влажности;3) ксерофиты - произрастают в местах низкой влажности - растения степей; 4) суккуленты – растения пустынь (например, кактусы).У животных по отношению к воде также выделяют свои экологические группы: гигрофильные (влаголюбивые), ксерофильные (сухолюбивые) и мезофильные (умеренной влажности).

Водный баланс животные регулируют поведенческими, морфологическими и физиологическими способами. Большинство животных пустыни может обходиться без воды, источник влаги для них – пища (грызуны, пресмыкающиеся, насекомые). Жировые отложения служат своеобразным резервом воды для организмов (горб у верблюда, подкожные отложения жира у грызунов). Защитой от испарения воды служит у животных малая проницаемость наружных покровов (раковины моллюсков, хитиновый покров у членистоногих). В условиях периодической сухости у многих растений и животных возникает состояние покоя, характеризующееся остановкой роста и развития, резко сниженным обменом веществ. Некоторые грызуны и черепахи с наступлением жаркого и сухого периода в пустыне, когда выгорает растительность, впадают в летнюю спячку. Состояние летнего покоя у многолетних растений часто сопровождается сбрасыванием листьев или полным отмиранием наземных частей.

Эдафические или почвенно-грунтовые факторы

Эдафические факторы (от греч. edaphos - почва) - почвенные условия произрастания растений. Из них важнейшими экологическими факторами являются влажность, температура, структура и пористость, реакция почвенной среды, засоленность. Почва - геологическое тело, отличающееся от всех похожих на нее глинистых и песчаных образований тем, что обладает плодородием. Плодородие почвы – её способность удовлетворять, потребность растений в питательных веществах, воздухе, биотической и физико-химической среде, включая тепловой режим, обеспечивая биогенную продуктивность растительности. Почва состоит из твердой, жидкой и газообразной компонент и содержит живые макро- и микроорганизмы.Твердая компонента преобладает в почве и представлена минеральной и органической частями. Органическая часть представлена гумусом - органическим веществом, образовавшимся в результате разложения отмершей органики. Он играет ключевую роль в плодородии почвы благодаря питательным веществам в его составе, в том числе и биогенным элементам. Содержание гумуса в почвах от десятых долей процента до 20-22%. Самые богатые гумусом - черноземы, они же и самые плодородные почвы.Почвенная биота представлена фауной (дождевыми червями, нематодами и др.) и флорой (грибами, бактериями, водорослями и др.), которые перераспределяют и перерабатывают органику, вплоть до исходных неорганических составляющих (деструкторы). Жидкая компонента почв - вода. Важнейшие экологические факторы почв разделяют на физические и химические. К физическим относятся влажность, температура, структура и пористость. Химические экологические факторы почв - реакция среды (нейтральная, слабощелочная) и засоленность.

При характеристике почв как эдафического фактора важно также учитывать физические и химические свойства почв: механический состав, плотность, теплоемкость, теплопроводность, влагопроницаемость, аэрацию.

Основная геосферная функция почвы – концентрационная.

Топография или орография

К орографическим факторам относятся: высота, экспозиция, крутизна склонов, рельеф и др. С высотой снижается температура, увеличивается суточный перепад температур, возрастают осадки, скорость ветра и интенсивность радиации, понижаются атмосферное давление и концентрация газов.

Биотические факторы среды – это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Среди них обычно выделяют:

а) зоогенные факторы (влияние животных организмов);

б) фитогенные факторы (влияние растительных организмов);

в) антропогенные факторы (влияние человека и его деятельности).

Действие биотических факторов может рассматриваться как действие их на среду, на отдельные организмы, населяющие эту среду, или действие этих факторов на целые сообщества.

Многие живые организмы влияют друг на друга непосредственно. Хищники поедают жертв, насекомые пьют нектар и переносят пыльцу с цветка на цветок, болезнетворные бактерии образуют яды, разрушающие клетки животных. Кроме того, организмы косвенно воздействуют друг на друга, изменяя среду обитания. Например, отмершие листья деревьев образуют опад, который служит местом обитания и пищей для многих организмов.

а) Зоогенные факторы . Это связь между животными одного или разных видов, является, с одной стороны необходимым условием питания и размножения, возможности защиты, смягчения воздействия неблагоприятных условий среды. С другой стороны – это опасность ущерба, а нередко и непосредственная угроза жизни животного.

Взаимодействие между особями одного и того же вида (гомотипические реакции) проявляется в групповом и массовом эффектах, внутривидовой конкуренции.

Групповой эффект проявляется у многих видов, которые могут нормально размножаться и выживать, только в том случае, если представлены достаточно крупными популяциями. Например, для выживания африканских слонов стадо должно состоять не менее чем из 25 особей, а стадо северного оленя – 300-400 голов.

Массовый эффект обозначает эффект, вызванный перенаселением среды. При этом существует такое явление, как самоограничение.

Внутривидовая конкуренция может приводить к дифференциации вида и к его распаду на несколько популяций.

Типы экологических взаимодействий

Типы межвидовых взаимодействий:

1) Конкуренция - виды оказывают друг на друга негативное воздействие;

2) Мутуализм - облигатный симбиоз (виды не могут существовать друг без друга);

4) Комменсализм - один вид извлекает пользу от сожительства, другой вид – нет, например, обитатели нор;

5) Нейтрализм – виды не оказывают друг на друга никакого влияния;

7) Хищничество – поедание одного вида (жертва) другим видом (хищник);

Термин «среда» в экологии применяется в широком и узком смысле слова.

В широком смысле среда – это окружающая среда.

Среда – в узком смысле слова – это среда обитания.

Водная среда (гидросфера) - занимает 71% площади земного шара. В водной среде обитают 150 тыс. видов животных, что составляет около 7% от общего их количества, 10 тыс. видов растений (8% от общего их количества). Реки, озера создают запас пресной воды, необходимый для огромного количества растений и животных, а также для человека. Как среда обитания вода имеет ряд специфических особенностей: большая плотность, сильные перепады давления, малое содержание кислорода, сильное поглощение солнечных лучей и т.д. Характерной чертой водной среды является ее подвижность. Движение воды обеспечивает снабжение водных организмов кислородом и питательными веществами, приводит к выравниванию температуры во всем водоеме, т.к. вода обладает высокой теплоемкостью и теплопроводностью и считается наиболее стабильной по экологическим условиям средой, без резких колебаний температур. В воде кислорода в 20 раз меньше, чем в атмосфере, и здесь он является лимитирующим фактором.

По степени связи со средой: геобионты, геофилы, геоксены.

Чем больше отклонения от оптимума, тем губительнее действует экологический фактор на организм.

ТОЛЕРАНТНОСТЬ – это способность организмов выдерживать определенный диапазон изменения условий жизни.

Такие сдвиги называются АДАПТАЦИЕЙ или Акклиматизацией.

Кривая толерантности

Например, температура является важнейшим лимитирующим (ограничивающим) фактором. Для любого вида пределами толерантности служат максимальная и минимальная летальные температуры, за их пределами вид погибает от холода или жары. Живые организмы могут жить при температуре от 0 до 50С за некоторым исключением. При оптимальных значениях температуры (оптимальный интервал) организмы чувствуют себя комфортно, размножаются, наблюдается рост численности популяции. При возрастании жары в пределах верхней границы стойкости и похолодании в пределах нижней границы стойкости организмы попадают в зону смерти и погибают. Данный пример иллюстрирует общий закон биологической стойкости, который применим к важным лимитирующим факторам. Оптимальный интервал характеризует стойкость организмов (толерантность к этому фактору) или экологическую валентность.

В середине ХIХ в. Ю. Либихом был установлен закон минимума: урожай зависит от фактора, находящегося в минимуме. Например, если фосфор содержится в почве лишь в минимальных количествах, то это снижает урожай. Но оказалось, что если это же вещество находится в избытке, это также снижает урожай.

Следовательно, закон толерантности В.Шельфорда (1913) гласит: ограничивающим фактором жизни организма может быть как минимум, так и максимум экологического воздействия, диапазон между которыми определяет величину выносливости организма к этому фактору. Этот закон справедлив и в отношении информации.

Несмотря на большое разнообразие экологических факторов, в характере их воздействия на организмы в ходе эволюции у организмов выработались адаптации к их воздействию.

Адаптация организмов к факторам среды

Адаптация – приспособление организма к среде обитания. Способность к адаптации – одно из основных свойств жизни, так как обеспечивает саму возможность ее существования, возможность организмов выживать и размножаться в конкретных условиях среды. Она сформировалась под воздействием трех основных факторов – изменчивости, наследственности и естественного отбора.

Адаптация проявляется на разных уровнях: от биохимии клеток и поведения отдельных организмов до строения и функционирования сообществ и экологических систем.

Основные механизмы адаптации на уровне организма:

1) биохимические – проявляются во внутриклеточных процессах, например, изменение активности работы клеток или синтеза ферментов, гормонов;

2) физиологические (усиление потоотделения при повышении температуры у ряда видов);

3) морфологические – особенности строения и формы тела, связанные с образом жизни, средой обитания;

4) поведенческие – поиск животными благоприятных мест обитания, создание нор, гнезд, миграция и др.;

5) онтогенетические – ускорение или замедление индивидуального развития, способствующее выживанию при изменении условий.

Понятие биоценоза, биогеоценоза, экосистемы, их характеристика

Биоценоз - это динамически устойчивое сообщество растений, животных и микроорганизмов, находящихся в постоянном взаимодействии между собой и компонентами неживой природы. Термин "биоценоз" предложен в 1877г. К. Мебиусом.

Каждый биоценоз состоит из определенной совокупности живых организмов, относящихся к разным видам. В его состав входят: фитоценоз – совокупность растений на определенной территории; зооценоз - совокупность животных на определенной территории; микробиоценоз – совокупность микроорганизмов, населяющих почву; микоценоз – совокупность грибов. Однородное природное жизненное пространство, занимаемое биоценозом, называется биотопом (экотопом).

Простым показателем разнообразия биоценоза является общее число видов, или видовое богатство. Если какой-либо вид организма количественно преобладает в сообществе, то такой вид называется доминантой, или доминирующим видом. Распределение видов, составляющих биоценоз, в пространстве называется пространственной структурой биоценоза. Различают вертикальную (образованную ярусами: первый - древесный ярус, второй – подпологовый ярус, травяно-кустарниковый ярус, мохово-лишайниковый ярус) и горизонтальную структуру биоценоза (образующую различного рода узорчатость, пятнистость вида и т.д.).

Компоненты, образующие биоценоз, взаимосвязаны. Изменения, которые касаются только одного вида, могут сказаться на всем биоценозе и даже вызвать его распад.

Биоценоз связан с факторами неживой природы (абиотическими), при этом образуется биогеоценоз, представляющий исторически сложившееся единство биоценоза и неживой среды обитания организмов на определенной территории.

Биогеоценоз - устойчивая, саморегулирующаяся, динамическая, взаимосвязанная, уравновешенная система живых компонентов (биотоп) и компонентов неживой природы (экотоп).

Термин «биогеоценоз» ввел В.Н. Сукачев в 1940г.

Основные показатели характеристики биогеоценозов:

1. Видовое разнообразие - число видов растений и животных, образующих данный биогеоценоз.

2. Плотность популяции - количество особей данного вида на единицу площади.

3. Биомасса - общее количество органического вещества, всей совокупности особей с заключенной в ней энергией. Биомассу обычно выражают в единицах массы в перерасчете на сухое вещество на единицу площади или объема.

Чем выше эти показатели биогеоценоза, тем он масштабнее и стабильнее.

В 1935 г. английский ботаник А.Тенсли ввел в биологию термин «экосистема». Он считал, что экосистемы «с точки зрения эколога представляют собой основные природные единицы на поверхности земли», в которые входит «не только комплекс организмов, но и весь комплекс физических факторов, образующих то, что мы называем средой биома, - факторы местообитания в самом широком смысле».

Похожая информация.