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




НазваниеКонспект лекций 2007 Экология. Конспект лекций. Для студентов специальностей 080201 «Информатика»
страница6/20
Дата публикации24.02.2013
Размер2.29 Mb.
ТипКонспект
uchebilka.ru > География > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   20

^ 2.3 Понятие об экологической нише

Любая популяция (вид) занимает определенное местообитание и определенную экологическую нишу.

Местообитание - это территория или акватория, занимаемая популяцией (видом), с комплексом присущих ей экологических факторов. Местообитание вида является компонентом его экологической ниши.

^ Экологическая ниша - совокупность всех факторов среды, в пределах которых возможно существование вида в природе. То есть экологическая ниша - это место вида в природе, включающее не только его положение в пространстве и отношение к абиотическим факторам, но и его функциональную роль в сообществе (прежде всего трофический статус). Местообитание - это как бы «адрес» организма, а экологическая ниша - это его «профессия».

Для характеристики экологической ниши обычно используют два важных показателя: ширина ниши и степень перекрывания ее с соседними нишами. Экологические ниши разных видов могут быть разной ширины и перекрываться в различной степени.

^ 2.3.1 Фундаментальная и реализованная ниша

Различают фундаментальную (потенциальную) нишу, которую организм мог бы занимать в отсутствие конкурентов, хищников и других врагов и в которой физические условия оптимальны и реализованную – фактический диапазон условий существования организма, который или меньше фундаментальной ниши или равен ей. Фундаментальную нишу называют иногда предконкурентной, а реализованную – постконкурентной.

Разделение экологических ниш между видами происходит за счет приуроченности разных видов к разным местообитаниям, разной пищи и разному времени использования одного и того же местообитания.

^ Принцип конкурентного исключения (принцип Гаузе) гласит: «Два вида не могут сосуществовать в одной и той же местности, если их экологические потребности идентичны. Такие виды обязательно должны быть разобщены в пространстве или во времени».

Группы видов в сообществе, обладающие сходными функциями и нишами одинакового размера, т.е. роль которых в сообществе одинакова или сравнима, называются гильдиями. Например, лианы тропического леса представлены многими видами растений. Между видами внутри гильдии наблюдается особенно острая конкуренция.

Виды, занимающие одинаковые ниши в разных географических областях, называются экологическими эквивалентами. Например, крупные кенгуру Австралии, бизоны Северной Америки, зебры и антилопы Африки и т.д. являются экологическими эквивалентами. В настоящее время они значительно замещены коровами и овцами

2.4 Биоценозы

Биоценоз - совокупность популяций разных видов, обитающих на определенной территории. Растительный компонент биоценоза называется фитоценозом, животный -зооценозом, микробный - микробоценозом. Ведущим компонентом в биоценозе является фитоценоз. Он определяет, каким будет зооценоз и микробоценоз. Различают видовую, пространственную и экологическую структуры биоценоза.

^ 2.4.1 Видовая структура биоценозов

Видовая структура - число видов, образующих данный биоценоз, и соотношение их численности или массы. То есть видовая структура биоценоза определяется видовым разнообразием и количественным соотношением числа видов или их массы между собой.

^ Видовое разнообразие - число видов в данном сообществе. Встречаются бедные и богатые видами биоценозы. Видовое разнообразие зависит от возраста сообщества (молодые сообщества беднее, чем зрелые) и от благоприятности основных экологических факторов - температуры, влажности, пищевых ресурсов (биоценозы высоких широт, пустынь и высокогорий бедны видами). Высоким видовым разнообразием отличаются экотоны - переходные зоны между сообществами, а увеличение здесь видового разнообразия называется краевым эффектом.

В сообществе различают следующие виды: доминантные, преобладающие по численности, и «второстепенные», малочисленные и редкие. Среди доминантов особо выделяют эдификаторов (строителей) - это виды, определяющие микросреду (микроклимат) всего сообщества. Как правило, это растения. О значимости отдельного вида в видовой структуре биоценоза судят по нескольким показателям: обилие вида, частота встречаемости и степень доминирования.

^ Обилие вида - число или масса особей данного вида на единицу площади или объема занимаемого им пространства.

Частота встречаемости — процентное отношение числа проб или учетных площадок, где встречается вид, к общему числу проб или учетных площадок. Характеризует равномерность или неравномерность распределения вида в биоценозе.

Степень доминирования - отношение числа особей данного вида к общему числу всех особей рассматриваемой группировки.

^ 2.4.2 Структура биоценоза

Пространственная структура - распределение организмов разных видов в пространстве (по вертикали и по горизонтали). Пространственная структура образуется прежде всего растительной частью биоценоза. Различают ярусность (вертикальная структура биоценоза) и мозаичность (структура биоценоза по горизонтали).

^ Экологическая структура - соотношение организмов разных экологических групп. Биоценозы со сходной экологической структурой могут иметь разный видовой состав. Это связано с тем, что одни и те же экологические ниши могут быть заняты сходными по эколо­гии, но далеко не родственными видами. Такие виды называются замещающими или викарирующими.

Важными характеристиками структуры биоценоза являются консорция, синузия и парцелла (рис. 6).

Консорция - структурная единица биоценоза, объединяющая автотрофные и гетеротрофные организмы на основе пространственных (топических) и пищевых (трофических) связей вокруг центрального члена (ядра). Например, отдельно стоящее дерево или группа деревьев (растение-эдификатор) и связанные с ним организмы. Биоценоз - это система связанных между собой консорций.



Рис. 6. Консорция, парцелла и синузия (Н.Ф. Реймерс, 1990)

Синузия - структурная часть в вертикальном расчленении биоценоза, ограниченная в пространстве (или во времени). Пространственно синузия может совпадать с горизонтом, пологом, слоем, ярусом биогеоценоза. Например, в сосновом лесу можно выделить синузию сосны, синузию брусники, синузию зеленых мхов и т. д.

Парцелла - структурная часть в горизонтальном расчленении биоценоза, отличающаяся от других частей составом и свойствами компо­нентов. Парцеллу выделяют (ограничивают) по ведущему элементу растительности. Например, участки широколиственных деревьев в хвойном лесу (Рис.6).

^ 2.4.3 Динамика и развитие экосистем

Изменения в сообществах могут быть циклическими и поступательными.

Циклические изменения периодические изменения в биоценозе (суточные, сезонные, многолетние), при которых биоценоз возвращается к исходному состоянию.

Суточные циклы связаны с изменением освещенности, температуры, влажности и других экологических факторов в течение суток и наиболее резко выражены в условиях континентального климата. Суточные ритмы проявляется в изменении состояния и активности живых организмов.

Сезонная цикличность связана с изменением экологических факторов в течение года и наиболее сильно выражена в высоких широтах, где велик контраст зимы и лета. Сезонная изменчивость проявля­ется не только в изменении состояния и активности, но и количественного соотношения отдельных видов. На определенный период многие виды выключаются из жизни сообщества, впадая в спячку, оцепенение, перекочевывая или улетая в другие районы.

Многолетняя изменчивость связана с флуктуациями климата или другими внешними факторами (степень разлива рек), либо с внутренними причинами (особенности жизненного цикла растений-эдификаторов, повторения массового размножения животных).

2.4.4 Сукцессия

Все природные экосистемы обладают двумя принципиальными свойствами – динамизмом и устойчивостью. Динамизм – это способность систем направленно изменяться, а устойчивость – свойство сохранять установившееся внутреннее динамическое равновесие. Под воздействием различных причин в экосистемах происходят закономерные изменения, проявляющиеся в вытеснении одних видов другими. Эти изменения происходят под воздействием как внешних, так и внутренних факторов. Ко внешним, прежде всего, относятся климатические и геологические факторы, а также вмешательство человека. Внутренние изменения экосистем обусловлены активным воздействием живых организмов на среду обитания.

Сукцессия — последовательная смена биоценозов (экосистем), выраженная в изменении видового состава и структуры сообщества (рис. 13). Последовательный ряд сменяющих друг друга в сукцессии сообществ называется сукцессионной серией. К сукцессиям относятся опустынивание степей, зарастание озер и образование болот и др.

Экологическая сукцессия – закономерный процесс и поэтому предсказуема. Последовательность сукцессионных изменений направлена в сторону образования стабильной экосистемы, в которой максимально сбалансированы потоки вещества и энергии. А состояние максимальной сбалансированности внутренних потоков вещества, энергии и информации в экосистеме называется ее гомеостазом.

^ 2.4.4.1 Виды сукцессий

В зависимости от причин вызвавших смену биоценоза, сукцессии делят на природные и антропогенные, аутогенные и аллогенные.

Природные сукцессии происходят под действием естественных причин, не связанных с деятельностью человека. Антропогенные сукцессии обусловлены деятельностью человека

^ Аутогенные сукцессии (самопорождающиеся) возникают вследствие внутренних причин (изменения среды под действием сообщества). Аллогенные сукцессии (порожденные извне) вызваны внешними причинами (например, изменение климата).



Рис. 13. Сукцессия сибирского темнохвойного леса (пихтово-кедровой тайги) после опустошительного лесного пожара (обобщенная схема)

Числа в прямоугольниках — колебания в длительности прохождения фаз сукцессии (в скобках указан срок их окончания). Биомасса и биологическая продуктивность показаны в произвольном масштабе. (Кривые отражают качественную и количественную стороны процесса.) (Н.Ф. Реймерс, 1990.)

В зависимости от первоначального состояния субстрата, на котором развивается сукцессия, различают первичные и вторичные сукцессии. Первичные сукцессии развиваются на субстрате, не занятом живыми организмами (на скалах, обрывах, сыпучих песках, в новых водоемах и т.п.). Вторичные сукцессии происходят на месте уже существующих биоценозов после их нарушения (в результате вырубки, пожара, вспашки, извержения вулкана и т.п.).

В своем развитии экосистема стремится к устойчивому состоянию. Сукцессионные изменения происходят до тех пор, пока не сформируется стабильная экосистема, производящая максимальную биомассу на единицу энергетического потока. Сообщество, находящееся в равновесии с окружающей средой, называется климаксным.

В ходе автотрофной сукцессии, как правило, проявляются следующие тенденции в изменении основных характеристик экосистемы: возрастает видовое разнообразие сообщества, возрастает эффективность использования энергии и вещества экосистемой. Такая сукцессия называется прогрессивной.

При загрязнении экосистемы изменение признаков сукцессии становится противоположным: наблюдается обеднение видового состава, уменьшение общей биомассы, размыкание круговоротов и т.д. Такая сукцессия называется регрессивной.

Зрелая экосистема, достигая гомеостатического состояния, проявляет свойство устойчивости. Устойчивость экосистем – способность сохранять ими свою структуру и характер функционирования при изменяющихся условиях среды.

^ 2.5.Информационная структура экосистем

Устойчивость экосистем тем можно охарактеризовать, как способность сохранять ими свою структуру и характер функционирования при изменяющихся условиях среды. Устойчивость экосистем биосферы выражается в поддержании практически постоянным состава атмосферы и океанической воды, стабильности климата, сохранении постоянным соотношения численностей взаимодействующих популяций в биоценозе и т.п.

Какие же механизмы обеспечивают саморегулирование в природных системах? Почему в природных процессах проявляется характер самоуправления и саморазвития?

Чтобы ответить на поставленные вопросы, можно использовать кибернетический подход, разработанный для информационных систем. Кибернетика - наука об управлении информационными системами. Ее выводы применимы ко всем системам, обладающим внутренними информационными потоками. Хорошо известно, что помимо потоков энергии и круговоротов вещества экосистемы характеризуются развитыми информационными сетями, включающими потоки физических и химических сигналов, связывающих все части системы в единое целое.

Организмы получают из неорганической среды и друг от друга информационные сигналы: свет, звук, ультразвук, инфразвук, электромагнитные колебания, биоактивные химические молекулы, которые передают информацию об особенностях химического состава среды, источниках свободной энергии, запасах органического вещества, пи­щи, наличии партнера, опасности и др. Информационным сигналом будем называть энергетически слабое взаимодействие, воспринимаемое организмом как закодированное сообщение о возможности сильных внешних влияний i вызывающее ответную реакцию организма.

Обладая внутренними информационными сетями, экосистемы относятся к типу кибернетических, или управляемых, систем. Управление - это воздействие на систему, выбранное и множества возможных воздействий на основании имеющейся для этого информации, и улучшающее функционирование системы. Все разнообразие задач управления можно свести к четырем основным кибернетическим задачам:

• выполнение программы - изменение параметров системы в соответствии с заданным алгоритмом;

• слежение - нахождение неизвестного алгоритма изменения параметров системы;

• стабилизация - поддержание параметров системы в области заданных значений;

• оптимизация - нахождение наиболее выгодного режима функционирования системы.

Основными задачами управления в природных системах являют две - стабилизация, принимающая форму поддержания устойчиво состояния системы, и оптимизация как адаптация, приспособлен системы к изменяющимся факторам окружающей среды.

^ 2.6 Механизмы саморегулирования в природных системах

Главным средством реализации управляющих функций является кибернетический механизм обратной связи, который подразумевает влияние процессов, явлений и событий, протеками на выходе системы, на входной сигнал. На языке кибернетики обратную связь можно определить как возвращение части сигнала с выхода системы на се вход.

В качестве примера действия обратной связи рассмотрим взаимозависимость следующих явлений. Как известно, многие виды бобовых растений на своих корнях образуют особые вздутия-клубеньки, в которых поселяются азотфиксирующие бактерии. Последние снабжают растения нитратами. Дополнительное поступление нитратного азота повышает продуктивность растения и увеличивает количество углеводов, потребляемых клубеньковыми бактериями, а это в свою очередь способствует усиле­нию фиксации азота.

  • При повышении вулканической деятельности в атмосферу Земли поступают дополнительные количества углекислого газа СО2 что может привести к росту его содержания в атмосферном воздухе. Однако в этих условиях усиливается фотосинтетическая активность зеленых растений, что в свою очередь вызывает повышенное потреб­ление растениями углекислого газа, а это способствует снижению его содержания в атмосфере.

Графическая модель управляемой системы с контуром обратной связи представлена на рис.



Рис. 1. Графическая модель контура обратной связи.

В зависимости от способа реализации кибернетического механизма кибернетические системы могут быть с внешним и с внутренним управлением (саморегулирующиеся системы).

В первом случае механизм управления локализован вне данной системы; обычно на более высоком иерархическом уровне. Такой тип управления характерен для антропогенных систем: агроценозов, искусственных водоемов и водотоков и др.

В первом из рассмотренных выше явлений обратная связь усиливает действие входного сигнала, (продуктивность растения увеличивается одновременно с ростом азотфиксирующей способности бактерий). Такую обратную связь принято называть положительной.

Во втором примере взаимосвязь явлений "гасит", нейтрализует внешнее воздействие (дополнительные количества углекислого газа, поступающие в атмосферу в периоды тектонической активности Земли, поглощаются зелеными растениями в процессе фотосинтеза. Это отрицательная обратная связь.

В зависимости от способа реализации кибернетического механизма кибернетические системы могут быть с внешним и с внутренним управлением (саморегулирующиеся системы). В первом случае механизм управления локализован вне данной системы; обычно на более высоком иерархическом уровне. Такой тип управления характерен для антропогенных систем: агроценозов, искусственных водоемов и водотоков.
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


<