Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика»




НазваниеКонспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика»
страница4/20
Дата публикации24.02.2013
Размер2.29 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > География > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20
Тема 2 Основы теоретической экологии

^ 2 1 Определение экосистемы

Термин экосистема был предложен А. Тенсли в 1935 году, который считал, что экосистема - это единая открытая функциональная система, образованная организмами и средой их обитания с которой они активно взаимодействуют.

Так как все экосистемы, включая биосферу, являются открытыми, то для своего функционирования, они должны получать и отдавать энергию, т.е. реальная функционирующая экосистема должна иметь вход и выход переработанной энергии. Энергия солнечного света поступает в экосистему, где фотоавтотрофными организмами превращается в химическую энергию, используемую для синтеза органических веществ из неорганических. В экосистеме поток энергии направлен в одну сторону: часть поступающей энергии солнца, преобразуется растениями и переходит на качественно более высокую ступень, превращаясь в органическое вещество, которое представляет собой более концентрированную форму энергии. Большая часть солнечной энергии приходит через экосистемы и покидает ее. В отличие от энергии, вода и элементы питания, необходимые для жизни, могут использоваться многократно (после отмирания органические вещества превращаются в неорганические). В состав экосистемы входит два компонента: сообщество живых организмом или биоценоз (биотический компонент) и физико-химическая среда или биотоп (абиотический компонент).


Рис.1 - Функциональная схема экосистемы.

Таким образом, экосистему можно представить как единое целое, в котором биогенные вещества из абиотического компонента включаются в биотический и обратно, т.е. происходит постоянный круговорот веществ с участием биотического и абиотического компонентов.

Любая природная система может развиваться только за счет использования материально-энергетических и информационных возможностей окружающей ее среды (закон развития природной системы за счет окружающей среды).

^ 2.1.1 Структура экосистемы: энергетическая, вещественная, информационная, пространственная, динамическая

Структурой экосистемы принято называть совокупность ее системообразующих связей. Учитывая характер взаимодействий между биотическим и абиотическим компонентами, можно выделить несколько аспектов единой внутренней структуры экосистемы:

- энергетическую (совокупность энергетических потоков в экосистеме);

- вещественную (совокупность потоков вещества);

- информационную (совокупность внутриэкосистемных информационных потоков);

- пространственную (характеризующую пространственное распределение потоков энергии, вещества и информации внутри экосистемы);

- динамическую (определяющую изменение внутриэкосистемных потоков во времени).

Среди различных аспектов структуры экосистемы на первый план выступает именно энергетическая структура, так как поток энергии в значительной степени определяет и характер потоков вещества и особенности информационных взаимодействий, и пространственно-динамические закономерности.

^ 2.1.2 Передача энергии в экосистеме

Согласно закону максимизации энергии (Г. и Э. Одумов, 1972) выживает та экосистема, которая обеспечивает максимальное поступление и наиболее эффективное использование энергии.

Поток энергии в экосистемах осуществляется через сложный механизм, включающий процессы ассимиляции, накопления, транспорт и высвобождение энергии. Важнейший этап в этом механизме - ассимиляция энергии, которая представляет собой превращение кинетической энергии фотонов в биологически доступную потенциальную энергию химических связей в органических соединениях. По способности к ассимиляции энергии организмы делятся на два типа:

- автотрофы (продуценты) - организмы, самостоятельно синтезирующие органические вещества, поглощая минеральные вещества и энергию, поступающую из вне;

- гетеротрофы (консументы и редуценты) – организмы, получающие необходимые органические вещества и энергию с пищей, представляющую собой живую или мертвую биомассу.

К автотрофам относятся зеленые растения и некоторые виды бактерий. Гетеротрофами являются все животные, грибы, подавляющее большинство бактерий, некоторые водоросли и бесхлорофилльные высшие растения.

^ 2.1.3 Трофические цепи и сети

Транспорт энергии в экосистемах осуществляется через пищевые цепи. Пищевая цепь – это перенос энергии в форме пищи от ее источника (автотрофа) через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими. Обычно различают два типа пищевых цепей:

- пастбищная цепь, начинающаяся живыми растениями (продуцентами), живой тканью которых питаются растительноядные животные (фитофаги);

- детритная цепь, начинающаяся мертвым органическим веществом (детритом), потребляемым мертвоядными организмами (детритофагами).



Рис. 2 - Y-образная модель потока энергии, показывающая связь между пастбищной и детритной пищевыми цепями (Ю. Одум, 1986)

Различают два типа пищевых цепей (рис. 2).

Цепи выедания (или пастбищные) — пищевые цепи, начинающиеся с живых фотосинтезирующих организмов. Например, фитопланктон —» зоопланктон—> рыбы микрофаги —» рыбы макрофаги —> птицы ихтиофаги.

Цепи разложения (или детритные) пищевые цепи, начинающиеся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных. Например, детрит —» детритофаги —> хищники микрофаги —» хищники макрофаги. Таким образом, поток энергии, проходящий через экосистему, разбивается как бы на два основных направления. Энергия к консументам поступает через живые ткани растений или через запасы мертвого органического вещества. Цепи выедания преобладают в водных экосистемах, цепи разложения — в экосистемах суши.

Передача энергии по пищевой цепи подчиняется второму закону термодинамики, согласно которому процессы, связанные с превращениями энергии, могут происходить самопроизвольно только при условии, что часть этой энергии рассеивается в форме тепла. В связи с этим, в каждом звене пищевой цепи теряется значительная доля (80-95%) энергии, заключенной в доступной пище.

В сообществах пищевые цепи сложным образом переплетаются и образуют пищевые сети. В состав пищи каждого вида входит обычно не один, а несколько видов, каждый из которых в свою очередь может служить пищей нескольким видам. С одной стороны, каждый трофический уровень представлен многими популяциями разных видов, с другой стороны, многие популяции принадлежат сразу к нескольким трофическим уровням. В результате благодаря сложности пищевых связей выпадение какого-то одного вида часто не нарушает равновесия в экосистеме.

^ 2.1.4 Трофические уровни

Каждое звено цепи называется трофическим уровнем. Первый трофический уровень — продуценты (автотрофные организмы, преимущественно зеленые растения). Второй трофический уровень - консументы первого порядка (растительноядные животные). Третий трофический уровень — консументы второго порядка (первичные хищники, питающиеся растительноядными животными). Четвертый трофический уровень — консументы третьего порядка (вторичные хищники, питающиеся плотоядными животными). В пищевой цепи редко бывает больше 4—5 трофических уровней. Последний трофический уровень — редуценты (сапротрофные бактерии и грибы). Они осуществляют минерализацию — превращение органических остатков в неорганические вещества.

Границы между трофическими уровнями нерезкие. Многие животные потребляют энергию более чем с одного трофического уровня, т.е. используют любую пищу, которая подходит им по размеру и другим признакам. На каждый последующий трофический уровень поступает в среднем не более 10% доступной энергии (правило 10%).

Зеленые растения ассимилируют от 1 до 5% получаемой солнечной энергии, а так как при дыхании растений разрушается до 80% синтезируемых углеводов, эффективность фотосинтеза составляет не более 1,5%. Фитофаги для образования своей биомассы используют в среднем всего 1% энергии, содержащейся в поедаемых ими растениях. На других трофических уровнях эффективность усвоения доходит до 10% (иногда даже больше).

Из «правила десяти процентов» вытекают важные следствия.

  • Чем ближе организм находится к началу пищевой цепи, тем большим количеством доступной энергии он располагает.

  • Пищевые цепи, включающие более 4-5 трофических уровней, встречаются крайне редко.

^ 2.1.5 Экологические пирамиды

Закономерности транспорта энергии в пищевых цепях удобно изображать графически с помощью диаграмм, которые называются «экологические пирамиды». Они представляют собой соотношение численности организмов, их биомасс, эквивалентных этим биомассам энергий или продукции организмов на различных трофических уровнях пищевой цепи.

Существует три основных типа пирамид

-пирамида чисел - показывает численность отдельных организмов;

-пирамида биомассы - характеризует общий сухой вес, калорийность или другую меру общей численности живого вещества;

-пирамида энергии отвечает величине потока энергии или продуктивности на последовательных трофических уровнях.



Рис 3 - Пирамиды чисел (а), биомасс (б) и энергии (в), представляющие упрощенную экосистему: люцерна — телята — мальчик 12 лет (по Ю. Одуму, 1959)

Пирамиды чисел и биомассы могут быть обратными, т.е. основа может быть меньшей, чем один или несколько верхних уровней. Так бывает когда средние размеры продуцентов меньше чем размеры консументов. Пирамида энергии всегда сужается к верху при условии, что будут учтены все источники питания в системе.

^ 2.1.6 Продукция и продуктивность экосистем

Продуктивность экосистемы тесно связанна с потоком энергии, проходящим через нее. В каждой экосистеме только часть поступающей энергии накопляется в виде органических соединений. Скорость ассимиляции энергии называется продукцией, а величина продукции, отношение к единице площади экосистемы называется продуктивностью.

Общая скорость, с которой энергия усваивается продуцентами и накапливается в форме органического вещества, называется валовой первичной продукцией. Чистая первичная продукция – это скорость накопления органического вещества в растительных тканях за вычетом расхода энергии на жизнеобеспечение организма. Вторичная продукция создается гетеротрофами.

Величина продукции, отнесенная к единице площади экосистемы, носит название продуктивности. Так как в экосистемах только растения ассимилируют солнечную энергию, трансформируя ее в органическое вещество, а остальные только ее потребляют, поэтому продукция экосистемы в целом зависит от соотношения расхода энергии растениями на фотосинтез и дыхание. В неблагоприятных условиях, при стрессовых нагрузках расходы на дыхание организмов увеличивается, и продукция экосистемы снижается.

Мировое распределение первичной биологической продуктивности неравномерно. Уиттекер в 1979 году предложил классифицировать сообщества по продуктивности на 4 класса:

1 класс - сообщества высшей продуктивности 3000 - 2000 г/м2 в год к таким сообществам относятся тропические леса, посевы риса и сок тростника. Запас биомассы в этом классе сообществ превышает 50 кг/м2 в местных сообществах равно продуктивности однолетних сельскохозяйственных культур.

2 класс - сообщества высокой продуктивности 2000 – 1000 г/м2 гол листопадные леса умеренной зоны, луга при применении удобрений, посевы кукурузы, так биологически приближаются к биомассе 1 класса. Минимальная биомасса равна чистой биологической продуктивности однолетних культур.

3 класс - сообщества умеренной продуктивности от 1000 до 250 г м2/год. К таким сообществам относятся основная масса сельхоз культур, кустарники, степи. Биомасса степей изменяется от 0,2 до 5 кг/м2.

4 класс - сообщества с низкой производительностью пустыни, полупустыни, тундры.

Общегодовая продуктивность сухого органического вещества на земле составляет 150-200 млн. т. 2/3 производится на суше и 1/3 приходится на океан. Практически вся первичная продукция служит для поддержания жизни гетеротрофных организмов. Питание людей обеспечивает в основном сельскохозяйственные культуры, которые занимают 10% всей площади суши. Годовой прирост культурных растений равен 16% от всей продукции суши. Половина урожая идет на питание людей, остальное на корм домашних животных и отходы. Всего человечество потребляет 0,2 % первичной продукции. Ресурсы, имеющиеся на земле, включая продукцию животноводства и рез промысла, на суше и на море могут обеспечить только 50 % потребности современного населения земли.

^ 2.2 Экологические факторы, их классификация

Экологические факторы — это отдельные элементы среды обитания, которые воздействуют на организмы. Каждая из сред обитания отличается особенностями воздействия экологических факторов. Экологические факторы делят на абиотические, биотические и антропогенные.

^ Абиотические факторы — компоненты неживой природы. К ним относят: климатические (свет, температура, влажность, ветер, давление и др.), геологические (землетрясения, извержения вулканов, движение ледников, радиоактивное излучение и др.), орографические (рельеф местности), эдафические, или почвенно-грунтовые (плотность, структура, рН, гранулометрический состав, химический состав и др.), гидрологические (вода, течение, соленость, давление и др.). Иначе абиотические факторы делят на физические, химические и эдафические.

^ Биотические факторы — воздействие живых организмов друг на друга (взаимодействие между особями в популяциях и между популяциями в сообществах). При этом взаимоотношения могут быть внутривидовыми (взаимодействия между особями одного вида) и межвидовыми (между особями разных видов). По типу взаимодействия различают протокооперацию (симбиоз), мутуализм, комменсализм, внутривидовую и межвидовую конкуренции, паразитизм, хищничество, аменсализм, нейтрализм. В зависимости от воздействующего организма биотические факторы делят на фитогенные (влияние растений), зоогенные (животных) и микробогенные (микроорганизмов).

^ Антропогенные факторы — деятельность человека, приводящая либо к прямому воздействию на живые организмы, либо к изменению среды их обитания (охота, промысел, сведение лесов, загрязнение, эрозия почв и др.). При этом различается воздействие человека как биологического организма и его хозяйственная деятельность (техногенные факторы).

^ Первичные факторы — это те, которые существовали до появления жизни: температура, освещенность, приливы и отливы и др. К этим факторам адаптация наиболее совершенна.

^ Вторичные факторы — это следствие изменения первичных: влажность воздуха, зависящая от температуры; растительная пища, зависящая от цикличности в развитии растений и др. В нормальных условиях в местообитании должны присутствовать только периодические факторы, а непериодические — должны отсутствовать.

^ Непериодические факторы воздействуют катастрофически, вызывая болезни или даже смерть живых организмов. Человек, чтобы уничтожить вредные для него организмы, например, насекомых, вводит непериодические факторы — химическую отраву. Но источником адаптации являются мутации генов, которые могут произойти и под воздействием искусственных факторов. Это приводит, например, к приспособлению тех же насекомых даже к отравляющим веществам, которые на них перестают действовать.

^ 2.2.1 Общие принципы действия экологических факторов

Экологические факторы могут оказывать на организм прямое действие и косвенное. Косвенное воздействие осуществляется через другие экологические факторы. Например, высокая температура может вызвать ожог (прямое действие), а может привести к обезвоживанию организма (косвенное воздействие).

Разные экологические факторы обладают различной изменчивостью в пространстве и во времени. Одни из них относительно постоянны (например, сила тяготения, солнечная радиация, соленость океана), другие очень изменчивы (например, температура и влажность воздуха, сила ветра).

Изменения факторов среды могут быть периодическими и непериодическими. Периодические факторы регулярно повторяются во времени (например, изменение температуры воздуха и освещенности в течение суток или года). Непериодические факторы не имеют периодичности (например, извержение вулкана, нападение хищника).

Периодические факторы делят на первичные и вторичные. Первичные периодические факторы связаны с космическими причинами (освещенность, приливы, отливы и др.). Вторичные периодические факторы возникают как следствие действия первичных факторов (температура, количество осадков, биомасса, продуктивность и др.).

Экологические факторы оказывают на живые организмы различные воздействия: ограничивающее, раздражающее, модифицирующее, сигнальное. Ограничивающее воздействие делает невозможным существование в данных условиях. Раздражительное воздействие вызывает биохимические и физиологические адаптации. Модификациионное воздействие вызывает морфологические и анатомические изменения организмов. Сигнальное воздействие информирует об изменениях других факторов среды.

В природе экологические факторы действуют совместно, т.е. комплексно. Комплекс факторов, под действием которых осуществляются все основные жизненные процессы организмов, включая нормальное развитие и размножение, называются условиями жизни. Условия, в которых размножения не происходит, называются условиями существования.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

Похожие:

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций для студентов заочной формы обучения направления 080201 (Информатика)
Предлагаемый конспект лекций представляет собой пособие по предмету “Теория информации”, который читается в Сумском государственном...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по дисциплине «Общая биология»
Конспект лекций по дисциплине «Общая биология» для студентов 1 курса дневной и заочной форм обучения спец. 070800 «Экология и охрана...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702
Метрология, стандартизация, сертификация : Конспект лекций для студентов специальностей 050401, 050402, 050202, 050702 / сост. Л....

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по курсу Начертательная геометрия
Конспект лекций по курсу начертательная геометрия (для студентов заочной формы обучения всех специальностей академии). Сост. Лусь...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций Конспект лекций для студентов, обучающихся по направлениям...
И классификация

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по курсу «Организация производства»
Конспект лекций по курсу «Организация производства» (для студентов и слушателей заочной формы обучения фпоизо специальностей 050100...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод»
Конспект лекций по дисциплине «Автоматизированный электропривод» (для студентов 4 курса всех форм обучения специальности 090603 –...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по дисциплинам «Информатика и компьютерная техника»
«Электронная таблица Microsoft Excel» ( для студентов 1 курса дневной формы обучения специальностей 050200 «Менеджмент организаций»,...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций по дисциплине «Транспортные средства»
Конспект лекций предназначен для студентов специальностей 100400 «Транспортные системы», 100400 «Организация и регулирование дорожного...

Конспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика» iconКонспект лекций для студентов всех форм обучения специальности «Автоматика...
Конспект лекций рассмотрен и рекомендован к изданию кафедрами «Менеджмента и маркетинга» и «Экономика предприятий» Донижт, протокол...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<