Лекция 2. Взаимодействие живых организмов со средой их обитания8

 

 

К О Н С П Е К Т Л Е К Ц И Й

П О Э К О Л О Г И И

 

 

Содержание

 

Раздел 1. Тезисы установочных лекций…………………………………...4

Лекция 1.Введение в общую экологию. Основные термины и понятия…..4

Лекция 2. Взаимодействие живых организмов со средой их обитания……8

Лекция 3. Прикладные аспекты экологии. Охрана окружающей

природной среды………………………………………………………………14

 

Раздел 2. Конспект лекций по экологии

Тема 1. Основные понятия экологии………………………………………...24

1.1. Биосфера, ее структура…………………………………………………24

1.2. Эволюция биосферы. Живое, косное и биокосное вещество……….28

1.3. Экосистема, ее структура. Биотическое сообщество

и абиотическая среда……………………………………………………..31

1.4. Уровни организации жизни на Земле……………………………………33

1.5. Организм и среда обитания………………………………………………34

1.6. Систематика растений и животных……………………………………...35

1.7. Биогеоценоз, его структура………………………………………………39

Тема 2.Основы биогеохимии………………………………………………...41

2.1. Биогеохимические циклы веществ………………………………............41

2.2. Биогеохимические циклы биогенных элементов и воздействие

на них человека..………………………………………………………...45

Тема 3.Потоки энергии в биосфере…………………………………………53

3.1. Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия……………53

3.2. Понятие о качестве энергии……………………………………………...54

3.3. Процесс фотосинтеза и хемосинтеза……………………………………55

3.4. Процесс дыхания…………………………………………………………57

3.5. Передача энергии по трофической цепи………………………………..58

3.6. Продуктивность экосистем………………………………………………59

3.7. Энергетические типы экосистем………………………………………...61

Тема 4.Экологические факторы……………………………………………..63

4.1. Классификация экологических факторов…………………………….63

4.1.1. Абиотические факторы………………………………………………….64

4.1.2. Биотические факторы……………………………………………………66

4.1.3. Лимитирующий фактор. Законы минимума и максимума……………68

4.2. Закон толерантности……………………………………………………...69

4.3. Адаптация. Жизненные формы…………………………………………..70

4.4. Экологическая валентность (пластичность)…………………………….72

4.5. Экологическая ниша……………………………………………………...72

Тема 5.Устойчивость и развитие экосистем………………………………..74

5.1. Гомеостаз экосистем……………………………………………………...74

5.2. Экологическая сукцессия………………………………………………...77

Тема 6.Загрязнение окружающей среды……………………………………80

6.1. Основные источники загрязнения……………………………………..83

6.2. Последствия загрязнения окружающей среды………………………..84

6.3. Разрушение природных систем…………………………………………87

6.4. Демографические проблемы……………………………………………88

6.5. Глобальные проблемы энергетики……………………………………..90

Тема 7.Экологический мониторинг……………………………………….91

 

Раздел 3. Практическая работа «Термино-понятийный аппарат»….96

Список рекомендуемой литературы……………………………………...100

Приложение №1Вопросы к зачету по экологии…………………..101

Приложение №2Образец титульного листа контрольной

работы по экологии…………………………………………………...102

Приложение №3Варианты кроссвордов к практической работе………. 103

 

ИНСТРУКЦИЯ

  1. Выполнить практическую работу по освоению термино-понятийного аппарата…  

Лекция.

1. Экология - это наука о взаимодействии живых организмов со средой их обитания. Классическая экология выросла из биологии. Современная экология базируется на… Биология

Экосистемой называется безразмерная устойчивая система живых и неживых компонентов природы, в которой осуществляется внешний и внутренний круговорот веществ и энергии.

6.В любом биогеоценозе можно выделить две составляющие:

1. совокупность факторов живой природы – биотоп, и экотоп - состав воздуха, почвы, рельеф местности и т.д.;

2. совокупность живых организмов, населяющих биотоп - биоценоз.

Совокупность биогеоценозов образует биом - более крупную единицу биосферы. Биом - совокупность биоценозов, между которыми происходит интенсивный обмен веществом и энергией.Пр.: тайга, тундра)

7. В биосфере осуществляется непрерывный круговорот веществ и энергии. Органическое вещество на Земле образуется в основном зелеными растениями под воздействием солнечной энергии в процессе фотосинтеза. Фотосинтез - это химическая реакция образования органического вещества и свободного кислорода из простых неорганических веществ под воздействием энергии Солнца.При этом энергии солнечного излучения преобразуется в энергию химических связей, т.е. происходит накопление энергии в органическом веществе.

8. Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но эта энергия недоступна для непосредственного использования в реакциях, протекающих в живых тканях. Дыхание - это процесс, обратный фотосинтезу, при котором энергия органического вещества переводится в активную форму и может быть использована организмом.

9. Кроме растений, синтез органического вещества присущ некоторым бактериям. Хемосинтез - синтез органического вещества бактериями, сопровождающийся окислением простых неорганических веществ.

10.Не все живые организмы способны получать энергию непосредственно от Солнца. Живые организмы образуют цепи питания - трофические цепи (от лат. «трофе» - питаюсь). Перенос энергии пищи от ее источника - растений - через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими, называется трофической (пищевой) цепью.По положению в трофической цепи организмы делятся на продуцентов, консументов и редуцентов.

Продуценты создают первичное органические вещество, продуцируя его из неорганического. Консументы - это организмы, питающиеся созданным продуцентами органическим веществом. Редуценты перерабатывают отходы жизнедеятельности продуцентов и консументов, образуя замкнутый цикл органического вещества.

11. По трофической цепи происходит передача энергии Солнца от продуцентов к другим звеньям. При этом усваиваемая растениями энергия Солнца переходит в энергию связей органического вещества. Организмы-потребители (консументы) питаются органическим веществом продуцентов и усваивают энергию их органического вещества, часть которой расходуется на построения собственного органического вещества, а часть рассеивается в процессах дыхания, теплообмена, движения и т.д. При помощи пищевых цепей в экосистеме образуется непрерывный поток энергии. В процессе этого некоторая часть энергии рассеивается (теряется) в виде тепла, поэтому необходима постоянная компенсация рассеянной энергии от Солнца.

12. В процессе жизнедеятельности живых организмов в экосистеме создается и расходуется живое (органическое) вещество. Продуктивность экосистемы - это масса живого вещества, образованного в единицу времени на единице поверхности.Выделяют первичную продуктивность – продуктивность продуцентов, вторичную продуктивность – консументов. Первичная продуктивность продуцентов 0,5 % от количества солнечной энергии. Вторичная продуктивность (масса растительноядных) будет еще ниже, составлять всего 1 % от первичной. При дальнейшем перемещении по трофической цепи происходит дальнейшее снижение энергии. Поэтому на 1 кг веса растительноядного животного расходуется около 70-90 кг травы.

13. Продуктивность измеряется в единицах энергии, массы или в числах (количестве животных). Графическое отображение соотношения продуктивности различных звеньев трофической цепи представляет собой пирамиду. Различают пирамиды массы, энергии и чисел. Различают пирамиды массы, энергии и чисел.

Массы: 80000кг растений ® 1000 кг говядины ® 50 кг чел.

Энергии:2´10⁹кДж солнечной энергии ® 10⁷кДж растений(0,05%) ® 10⁵кДж говядины ® 10³кДж чел.

Чисел:3´10⁷(30 млн.) травинок ® 3 коровы ® 1 чел.

Для человека энергетически более выгодно растительное питания и наиболее дорого-использование в пищу хищных видов. Так, с энергетической точки зрения 1 кг окуня или щуки обходится природе в 7 раз дороже, чем 1 кг говядины. Отсюда видно преимущество традиционного разведения растительноядных видов (свиньи, куры, коровы). У них перевод энергии пищи в собственную биомассу выше, чем у хищников.

14. Если бы не было круговорота веществ, то постепенно все ресурсы неорганических веществ перешли бы в массу мертвой органики. Этого не происходит, так как все химические элементы циркулируют в биосфере по характерным путям из внешней среды в организм и опять во внешнюю среду. Выделяют следующие виды круговоротов: Биогеохимический цикл - это большой круговорот химических веществ через неживую природу и живые организмы называется(«био» здесь относится к живым организмам, а «гео» - к горным породам, почве, воздуху и воде).

1) Геологический круговорот длится сотни тысяч или млн. лет. Включает процессы разрушения горных пород, выветривания продуктов, снесение их потоками в Мировой океан, образование морских пластов, лишь частично возвращаемых на сушу с осадками, с извлекаемыми водными организмами, крупные медленные процессы опускания материков и поднятия морского дна, перемещение морей и океанов, сопровождающееся возвращением пластов на сушу и повторением процессов.

Вещества, вовлеченные в геологический круговорот, находятся в резерве по отношению к живым организмам, т.е. составляют резервный фонд. «Резервный фонд» - большая масса медленно движущегося вещества, вовлеченного в геологический круговорот и не связанного с живыми организмами.

15. 2) Малый круговорот - часть большого на уровне биогеоценоза:питательные вещества почвы, вода, углерод аккумулируются в растениях, расходуются на построение тела и жизненные процессы растений, затем животных, образующиеся продукты распада органического вещества разлагаются редуцентами до минеральных компонентов и вновь вовлекаются в поток веществ (трофические цепи):

 

продуценты перв.консументы втор.консументы

мин.вещества редуценты

 

Скорость биотического круговорота в сотни тысяч и млн. раз больше, чем геологического, т.к. все биологические превращения катализируются ферментами, которые в сотни тысяч и млн. раз активнее неорганических катализаторов. Вещества, вовлеченные в малый круговорот, доступны живым организмам и составляют «обменный фонд» - сравнительно небольшое количество вещества, для которого характерен быстрый обмен между организмами и окружающей средой.

Круговорот углерода: Углеродный скелет является основой всех органических веществ. Резервом углерода являются минеральные отложения (карбонаты и ископаемые виды топлива) и небольшой, но активный фонд в атмосфере (СО₂).

1 Зеленые растения 2

4 5

Атмосфера и гидросфера 3 животные

8 7 6

отложения

 

Диоксид углерода в атмосфере участвует в процессе фотосинтеза, обеспечивая накопление солнечной энергии в биосфере. При этом постоянно возникают и распадаются сложные органические соединения углерода.

В соответствие со схемой: углекислый газ атмосферы извлекается растениями в процессе фотосинтеза (1), и через пищевые цепи в процессе питания (2) углерод попадает в организм животных. Дыхание растений и животных и тление останков постоянно возвращает атмосфере и водам океана громадные массы углерода в виде углекислого газа (3,4). Частично углерод выходит из круговорота при минерализации останков растений (5) и животных (6)(некоторые организмы, погребенные в осадках, накапливаются в форме ископаемых компонентов), а также за счет образования горных пород (7). Различные свободно протекающие процессы (извержение вулканов, газовые источники), ведущими к обратному перехода углерода из минералов в атмосферу (8).

Человек истощает ресурсы, т.к. добывает и безвозвратно теряет больше, чем возвращает в оборот. При этом круговороты становятся несовершенными и часто теряют цикличность. Сам человек все больше страдает от сложившейся противоестественной ситуации: в одних местах возникает нехватка, а в других - избыток каких-либо веществ, возникает недостаток природных ресурсов и загрязнение среды. При этом человека можно рассматривать как мощный геологический фактор. Усилия по охране природных ресурсов в конечном счете направлены на то, чтобы превратить ациклические процессы в циклические. Основной целью в этой связи должно стать возвращение вещества в круговорот, обеспечивающее их повторное использование.

 

Лекция.

Тема: Взаимодействие живых организмов со средой их обитания

Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.

Важнейшим свойством живых организмов является способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, т.е. состояние с… Живые организмы извлекают из окружающей среды отрицательную энтропию -…

Гомеостаз и устойчивость экологических систем. Сукцессия.

Состояние подвижно-устойчивого равновесия экосистемы, обуславливающего ее устойчивость, называется гомеостазом (от лат «гомео» - тот же, «стазис» -… Для поддержания стабильности системы необходима сбалансированность потоков… По принципу поддержания гомеостаза экосистемы делятся на открытые (в основном природные) и закрытые (многие…

Экологический фактор - это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы.

I) факторы неживой природы - II) факторы живой природы абиотические; - биотические. Климатические фитогенные

Биотические факторы представляют собой совокупность влияния жизнедеятельности живых организмов на другие живые организмы и на окружающую среду.

2) зоогенные - животных; Животные влияют на растения (поедая их, используя для жилья, перенося семена, пыльцу, а также заболевания), в какой-то мере… 3) микробогенные - влияние микроорганизмов; Влияют на абиотические факторы,… 4) антропогенные - влияние человека. В настоящее время происходит интенсивный рост антропогенного фактора: влияет на…

Толерантность.

Таким образом толерантность - это способность организмов выносить отклонения экологических факторов от оптимальных для этих организмов значений. Закон толерантности дополняют следующие положения: 1) организмы могут иметь широкий диапазон в отношении одного экологического фактора и узкий в отношении другого;(…

Адаптации. Жизненные формы.

Таким образом, организм не может изменить параметры экологических факторов и должен менять свою структуру или поведение. Различают следующие виды… морфологические - изменение строения тела 1) физиологические - изменение строения внутренних органов (Пр.: организм верблюда способен синтезировать воду при…

Экологическая ниша организма.

Для каждого вида существует свой набор оптимальных параметров экологических факторов, а значит, и своя экологическая ниша. Кроме того, различают…    

Лекция.

Тема. Прикладные аспекты экологии. Охрана окружающей природной среды

Природные ресурсы и их классификация.

Природные ресурсы - это запасы природных богатств, используемых человеком, т.е. средства существования людей, которые не созданы их трудом, но находятся в природе.

Ресурсы делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы бывают возобновимыми, относительно возобновимыми и невозобновимыми.

ресурсы

неисчерпаемые исчерпаемые

Неисчерпаемыми являются космические, климатические, водные и воздушные ресурсы (но качественно - изменяются). Космические ресурсы - солнечная радиация, энергия приливов и отливов; климатические - атмосферный воздух, энергия ветра, атмосферные осадки; водные - запасы воды на Земле.

Исчерпаемые ресурсы делятся на классы, в зависимости от возможности их восстановления и от скорости восстановления. Восстанавливаются ресурсы с разной скоростью: животные - несколько лет, леса - 60-80 лет, почва - тысячелетия.Возобновимые ресурсы - растительный, животный мир, некоторые минеральные ресурсы (например, соли). Но: темпы расходов должны соответствовать темпам их возобновления, иначе - становятся невозобновимыми. Относительно возобновимые - почва (рыхлый поверхностный слой суши, способный давать урожай - создается очень медленно при участии климата и живых организмов). (сантиметровый слой образуется неск. столетий, а разрушается за неск. лет или даже дней. Невозобновимые - совершенно не восстанавливаются, или восстанавливаются значительно медленнее, чем потребляются (полезные ископаемые).

Кроме того, ресурсы можно классифицировать на заменимые (уголь, дрова для отопления) и незаменимые(кислород для дыхания).

Охрана природных ресурсов состоит в бережном рациональном использовании, меньшем потреблении, поиске заменителей.

Принципы рационального природопользования. Безотходные технологии.

Существуют две основные задачи, стоящих перед современными производителями, а именно: 1) сократить добычу и вовлечение в производство новых… 1) Первая задача состоит в уменьшении потребления природных ресурсов. На… Безотходные производства должны быть организованы таким образом, чтобы отходы не образовывались. Для этого следует…

Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязнений.

Загрязнение - это внесение в среду новых, не характерных для нее агентов или превышение естественного уровня этих агентов в среде.(Пр.: 1- пестициды, 2- превышение уровня CO₂).

Загрязнения делятся на природные (вызванные естественными процессами - космическая пыль, продукты выветривания горных пород, вулканизация, жизнедеятельность растений, животных, выброс нефти из подводных месторождений) и антропогенные (возникающие в результате деятельности людей- бытовые и промышленные отходы, пылевые, выхлопы автомобилей, промышленные выбросы, радиоактивные загрязнения ). (схема).

Антропогенные загрязнители делятся на следующие группы:

I)По типу загрязнителей: 1) механические(агенты, оказывающие лишь механическое воздействие без физико-химических последствий);

химические(изменение естественных химических свойств среды); Загрязнители могут быть разрушающимися в ходе биологических процессов (вовлекающиеся в естественный круговорот - NO₂, CO₂) и неразрушающимися (невовлекающимися - пестициды (ДДТ), моющие средства). Наиболее опасны - вторые, т.к. способны накапливаться в среде обитания. Многие загрязнения (стойкие ядовитые вещества) могут передаваться по трофическим цепям , а также накапливаться в организмах животных. Так, содержание яда ДДТ в телах хищных и рыбоядных птиц в 500 тыс. раз превышало содержание его в воде или почве. Особенно сильно загрязнения концентрируются в телах хищных рыб, птиц и животных.

3) биологические(большое количество микроорганизмов - вирусов, простейших),

4) физические :тепловые (повышение температуры среды, разогрев атмосферы вблизи теплотрасс, промышленных предприятий), шумовые (увеличение интенсивности шума), световые (нарушение естественной освещенности местности, приводящее к аномалиям в жизни животных), электромагнитные (изменение электромагнитных свойств среды вблизи линий электропередач, электроподстанций, радио- и телепередающих станций, приводящее к аномалиям в геофизических и биологических объектах; электромагнитное загрязнение возникает и при использовании микроволновых печей, радиотелефонов, компьютеров) и радиоактивные (превышение естественного уровня радиоактивных веществ). В среднем за последние 50 лет каждый из нас подвергался облучению от радиоактивных осадков, которые образовались в результате испытания ядерного оружия в атмосфере. Продукты ядерного деления поступают в организм, участвуют в обмене веществ, заменяют стабильные элементы. Радиоактивные частицы выпадают с осадками на землю, а когда и где они выпадут, определить невозможно, радиоактивное облако может обойти Землю за две недели).

Цена загрязнения(экономический ущерб от них) слагается из трех основных компонентов: 1) потеря ресурсов в результате образования большого количества отходов («загрязнение - это ресурсы, оказавшиеся не на своем месте»); 2) стоимость ликвидации загрязнения и контроля над ними ; 3) цена здоровья людей (увеличение заболеваемости и смертности населения).

29. Регламентация загрязнения. Поскольку полностью предотвратить выбросы человек пока не может, то введена система ограничения выбросов. При небольших концентрациях все загрязнители становятся практически безвредными веществами. Основными показателями для каждого загрязнителя является предельно-допустимая концентрация (ПДК): максимальная концентрация вещества, при которых еще не происходит нарушения деятельности человеческого организма.

ПДК устанавливаются на основе стандартизованных исследований и являются законом, общим для всех.

С точки зрения экологии ПДК - это верхний предел лимитирующих факторов среды (концентрация химического вещества), при которой содержание их не выходит за допустимые границы экологической ниши человека. Т.е. для загрязнителей нижний предел толерантности значения не имеет, а верхний не должен превышать ПДК ни при каких условиях.

Чем ниже ПДК, тем вреднее вещество (Пр.:ПДК_СО2(c/c/)=3,0мг/м³;SO₂=0,05 мг/м³;бензапирена =0,00001 (стотысячная)мг/м³).

ПДК зависит от продолжительности воздействия, поэтому , в зависимости от времени воздействия, различают ПДК максимально разовые и среднесуточные. Максимально разовые - действующие в течении 30 минут, среднесуточные - в течении 24 часов (ПДК_м.р. и ПДК_с.с)_. Так, ПДК_{SО2(м.р.//)}=0,5мг/м³ ПДК_SО2(c/c/)=0,05мг/м³. Все концентрации в воздухе рабочей зоны сопоставляются только с максимально разовыми, а в атмосферном воздухе населенного пункта - со среднесуточными. ПДК_р.з. (т.е. максимально разовое ПДК рабочей зоны) больше, чем максимально разовое ПДК жилой застройки.

Для физических загрязнений существует показатель ПДУ – предельно допустимый уровень.

Если в воздухе присутствует не одно вещество, а несколько, оказывающих сходное воздействие, то происходит суммирование вредного воздействия - эффект суммации. Эффект суммации - многократное увеличение вредного воздействия различных веществ при их совместном присутствии. Нормами предусмотрен расчет эффекта суммации вредного воздействия для многих соединений. Расчет - на основе ПДК этих соединений.

Так, если действует одно вещество с концентрацией в воздухе С₁ и с ПДК ПДК_1, то требование к его содержанию выглядит так: С₁/ ПДК₁ £ 1.

Если же действует несколько вредных веществ , то требования жестче:

С₁/ ПДК₁ + С₂/ ПДК₂+...+ С_n/ ПДК_n£ 1.

Регламентация (ограничение) выбросов вредных веществ в атмосферу осуществляется на основе установления ПДВ.

ПДВ - это норматив, определяющий предельно-допустимую концентрацию загрязняющего вещества в воздухе над источником выброса.

Размерность ПДВ - грамм в секунду (г/с). ПДВ устанавливают для каждого источника загрязнения атмосферы. При этом… Существуют формулы для установления ПДВ в зависимости от ПДК.

Экологический мониторинг.

Для эффективного управления качеством природной среды организована система экологического мониторинга. Экологический мониторинг - это система… Перед экологическим мониторингом стоят следующие основные задачи: 1) наблюдение за состоянием биосферы для предотвращения ухудшения качества окружающей среды;

Информационные методы управления окружающей средой.

Социально - Экологический мониторинг - экологические

Модель - это физическое или знаковое подобие реального объекта, явления или процесса.

Проблемой экологического моделирование является недостаточное качество информации. Большинство данных плохого качества, с искажениями, содержат… Методологической основой исследования природных систем является принцип… 5) прогнозирование изменения состояния объекта.

Государственная экологическая экспертиза; лицензирование природопользования. Сертификация. Экологический паспорт предприятия.

- обязательность проведения экспертизы; - презумпция потенциальной экологической опасности любой намечаемой… - комплексность оценки воздействующих факторов;

Раздел 2. Материалы к выполнению контрольных работ

И подготовке к зачету

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ЭКОЛОГИИ

Биосфера, ее структура

Биосфера - это все живое вещество Земли и область его распространения. Биосфера представляет собой оболочку вокруг Земли, включающую все живые… Термин "биосфера" образован от греческих слов "bios"-жизнь… Неживая природа существенно влияет на жизнедеятельность живых организмов. С другой стороны, живые организмы принимают…

Эволюция биосферы. Живое, косное и биокосное вещество

Вернадский подчеркивал, что биосфера находится в постоянной бесконечной эволюции. Современное состояние биосферы есть результат предшествующего… Возникновение биосферы Земли и ее развитие во многом обусловлено уникальным… Планеты с малой массой обладают слабым гравитационным полем и не могут удерживать вокруг себя необходимую для жизни…

Экосистема, ее структура. Биотическое сообщество

И абиотическая среда

Экосистемой называется безразмерная устойчивая система компонентов живой и неживой природы, в которой осуществляется внешний и внутренний круговорот… Любая экосистема является сложной структурой, состоящей из двух основных… Структура экосистемы:

Уровни организации жизни на Земле

Биосфера Земли является сложноорганизованной структурой, состоящей из большого количества элементов. Входящие в состав биосферы биологические системы сильно различаются по своему… Экология изучает структуры высшего уровня: от систем организмов до биогеоценозов (экосистем на определенном участке),…

Организм и среда обитания

Большинство организмов имеет клеточное строение, то есть представляют собой систему живых клеток (хотя на Земле существуют и внеклеточные формы… Таким образом, организм является сложной системой, включающей в себя… На уровне отдельного организма осуществляется обмен веществом и энергией с окружающей средой, поэтому каждый живой…

Систематика растений и животных

Иногда для удобства в видах выделяют еще подвиды, типы делят на подтипы, классы - на подклассы, но основная схема остается неизменной. Все живые организмы Земли можно разделить на две группы, сильно различающиеся… К вирусным заболеваниям человека относятся оспа, корь, краснуха, гепатит род респираторных заболеваний и др. Империя…

Биогеоценоз, его структура

Как в любой экосистеме, в биогеоценозе можно выделить две составные части - биотическую и абиотическую - тесно обменивающиеся веществом и… Биоценоз - биотическая составляющая биогеоценоза - представляет собой… Выше указывается на схожесть понятий биогеоценоза и экосистемы на определенном участке земной поверхности.

ОСНОВЫ БИОГЕОХИМИИ

Биогеохимические циклы веществ

Между живым и косным веществом биосфере под действием лучистой энергии Солнца происходит постоянный обмен химическими элементами. Если бы все… Наука биогеохимия изучает процессы взаимодействия живых организмов с… Вещества, находящиеся в круговороте, перемещаются в пространстве, входя последовательно в состав различных компонентов…

Биогеохимические циклы биогенных элементов

И воздействие на них человека

 

Биогенными элементами, то есть элементами, играющими важную роль в жизнедеятельности практически всех живых организмов, являются азот, кислород, углерод, фосфор, сера и некоторые другие.

Круговороты азота, кислорода и углерода имеют резервные фонды в атмосфере (круговороты газообразных веществ). Круговороты фосфора и серы относятся к осадочным циклам.

 

Биогеохимический цикл азота

Большинство живых организмов может использовать азот только в виде сложных соединений с другими элементами. Азот входит в состав белков и других… Перевод азота из одних неорганических соединений (оксидов азота, аммиака,… На рис. представлена схема круговорота азота в атмосфере.

Биогеохимический цикл кислорода

На рис.4 приведена схема круговорота кислорода в атмосфере.  

Биогеохимический цикл углерода

Цепь из атомов углерода составляет основу всех органических веществ: белков, жиров, углеводов и других соединений, необходимых для жизнедеятельности… Циркуляция углерода между живой и неживой природой происходит с высокой… Наиболее подвижным соединением углерода в атмосфере, играющим большую роль в круговороте, является углекислый газ…

Биогеохимический цикл фосфора

Фосфор входит в состав клеточных мембран, ферментов костных тканей, то есть является необходимым элементом протоплазмы всех живых организмов. Цикл… Особенностью круговорота фосфора является то, что в процессе циркуляции…  

Биогеохимический цикл серы

Сера входит в состав белков всех живых организмов. В отличии от фосфора, в атмосфере присутствует достаточное количество газообразных соединений… Основная часть круговорота реализуется в пределах лито- и гидросферы. Огромное… Под действием микроорганизмов в биосфере постоянно идут процессы извлечения серы из глубинных отложений. Часть этой…

ПОТОКИ ЭНЕРГИИ В БИОСФЕРЕ

  Одним из основных свойств материи является энергия − способность… Все природные системы должны подчиняться двум законам термодинамики − науки о превращениях энергии. Первый закон…

Понятие о качестве энергии

Энергия характеризуется не только количеством, но и качеством. Известно много форм и видов энергии: солнечная, химическая, тепловая, механическая,… Величиной, позволяющей оценить качество данного вида энергии, является… Таблица 1

Процессы фотосинтеза и хемосинтеза

Фотосинтез − это процесс образования органического вещества и свободного кислорода из простых неорганических веществ под воздействием энергии… Реакция фотосинтеза идет за счет солнечной энергии и хлорофилла −…  

Процесс дыхания

Органические вещества, образующиеся в процессе фотосинтеза, характеризуются высоким запасом внутренней энергии. Но эта энергия недоступна для… Таким образом, дыхание − это процесс, в результате которого энергия… Процесс дыхания, как и процесс фотосинтеза, очень сложный и состоит из большого количества стадий.

Передача энергии по трофической цепи

Не все живые организмы способны синтезировать органическое вещество из неорганического. Живые организмы, обитающие на Земле, можно разделить по типу… автотрофы − способны к синтезу органического вещества из минеральных… гетеротрофы − неспособны создавать собственное вещество из неорганического (минерального), используют готовые…

Продуктивность экосистем

В процессе жизнедеятельности различных организмов в экосистеме создается и расходуется органическое вещество. Поэтому каждая экосистема обладает… Продуктивность экосистем − это масса органического вещества,… Различают первичную (валовую и чистую) и вторичную продуктивность.

Энергетические типы экосистем

Все экосистемы, в зависимости от вида используемой энергии, можно разделить на следующие типы. 1 тип. Экосистемы, для которых основным источником энергии является Солнце.… 2 тип. Экосистемы, в которых источниками энергии кроме Солнца являются некоторые другие природные объекты. Источником…

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Классификация экологических факторов

Известно, что экология изучает взаимодействие живых организмов с окружающей средой. С точки зрения экологии, среда − это все природные явления, с которым взаимодействует организм. Действие среды складывается из множества экологических факторов.

Экологический фактор − это любое условие среды, способное оказывать прямое или косвенное воздействие на живые организмы.

Существует очень много экологических факторов, влияющих на живые организмы. Их принято классифицировать по их природе, способу воздействия, степени периодичности.

1) В зависимости от их природы экологические факторы делятся на абиотические и биотические.

Абиотическими называют совокупность факторов, характеризующих воздействие неживой природы на живые организмы, биотическими − воздействие живой природы на другие организмы и на окружающую среду.

2) По способу воздействия выделяют прямые и косвенные экологические факторы.

Прямые − связаны с непосредственным воздействием на живые организмы (например, солнечное излучение прямо воздействует на растения, обуславливая процесс фотосинтеза). Косвенные характеризуют опосредованное воздействие. Например, растения изменяют влажность и воздуха, тем самым влияя на другие живые организмы). Еще одним примером косвенного воздействия является аллелопатия − взаимодействие организмов путем выделения особых химических веществ в окружающую среду. Чаще всего аллелопатия наблюдается у растений. При этом растения с высокой способностью к аллелопатии могут вытеснять другие виды. Так, многие сорняки выделяют вещества, задерживающие рост культурных растений. Многие цветы выделяют сильнопахнущие вещества − терпены − отрицательно влияющие на близлежащую растительность.

3) По степени периодичности экологические факторы делятся на две группы: периодические и непериодические. Первые связаны с периодичными процессами в окружающей среде (с вращением Земли, со сменой времен года и суточной освещенности), они действуют на протяжении значительного этапа жизни организма.

Непериодические факторы часто воздействуют катастрофически (примером могут служить шквальные ветры, наводнения, антропогенные воздействия). В этом случае организм часто не успевает выработать защитных реакций.

 

Абиотические факторы

I) Климатические факторы: к ним относятся солнечное излучение, температура, давление, ветер и некоторые другие воздействия среды. 1) Солнечное излучение является мощным экологическим фактором. Оно… Общее количество солнечной энергии, достигающей Земли, примерно постоянно. Но разные точки земной поверхности получают…

Биотические факторы

Выделяют фитогенные, зоогенные, микробогенные и антропогенные факторы. I) Фитогенные − факторы, характеризующие влияние растительных… Любое растительное сообщество сильно влияет на окружающую среду, создавая особый микроклимат при испарении и…

Лимитирующие факторы. Законы минимума и максимума

Для каждого организма существуют свои оптимальные параметры экологических факторов, при которых жизнедеятельность особей протекает нормально.… Закон минимума открыт в 1840 году немецким химиком Ю. Либихом. Он установил,… Этот закон справедлив для всех экологических факторов и различных организмов. При этом формулировку закона минимума…

Закон толерантности

Закон толерантности суммирует законы максимума и минимума. Его формулировка принадлежит Шелфорду: лимитирующим фактором может быть как минимум, так… Толерантность − это способность организма выносить отклонения… Действие закона толерантности можно проиллюстрировать следующим графиком (рис.13).

Адаптации. Жизненные формы

При постоянном воздействии какого-либо экологического фактора сверх лимитирующих пределов организм должен либо адаптироваться к новым параметрам,… Адаптациями называют эволюционно выработанные и наследственно закрепленные… Таким образом, организм не может изменить параметры экологических факторов и вынужден менять свои внутренние…

Экологическая валентность (пластичность)

Организмы различаются своей способностью к адаптации: одни адаптируются медленно, другие легко и быстро. Способность вида адаптироваться к… Экологическая валентность (пластичность) тесно связана с диапазоном… В зависимости от степени пластичности и величины пределов толерантности организмы делятся на стенобиотные и…

Экологическая ниша

Растения и животные могут обитать только там, где условия подходят для них. Каждый организм имеет свое местообитания, пригодное для жизни. В… Таким образом, экологическая ниша представляет собой совокупность параметров… Для каждого вида существует свой набор оптимальных параметров экологических факторов, а значит, и своя экологическая…

УСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗВИТИЕ ЭКОСИСТЕМ

Резистентная устойчивость − это способность экосистемы сопротивляться нарушениям, поддерживая неизменными свою структуру и функции. Упругая устойчивость − способность системы быстро восстанавливаться… Система редко обладает двумя типами устойчивости. Большинство систем устойчивы либо резистентны, либо упруги.…

Гомеостаз экосистем.

Рассмотрим механизмы поддержания равновесия, действующие в открытых природных экосистемах. На любую экосистему постоянно действует большое… Способность популяции или экосистемы поддерживать подвижно-устойчивое… Механизм поддержания гомеостаза основан на двух принципах.

Экологическая сукцессия.

Последовательная смена биоценозов под воздействием внешних факторов называется экологическая сукцессия. В ходе сукцессии меняется не только… Сукцессия может осуществляться естественным или искусственным путем.… Для начала сукцессии необходимо свободное пространство. Сукцессия, которая начинается на свободном ранее участке…

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Технический прогресс бурный рост производства в последние десятилетия привели к большому уровню загрязненности окружающей среды. На земном шаре… По масштабам загрязнения делятся на локальные (загрязнения в пределах… Все загрязнения, в зависимости от их природы, можно разделить на природные и антропогенные. Природные загрязнения…

Основные источники загрязнения

Среди большого количества источников загрязнения наиболее важными являются следующие. 1) Транспорт. При сгорании топлива выделяется большое количество веществ,… На долю транспорта приходится около 40−60 % всего загрязнения атмосферы. Большое количество загрязняющих веществ…

Последствия загрязнения окружающей среды

Антропогенное воздействие сильно изменяет естественные природные процессы. Глобальными последствиями загрязнения являются парниковый эффект,… Парниковый эффект и глобальное потепление климата. Парниковый эффект − это повышение средней температуры атмосферы в результате увеличения в ней концентрации…

Разрушение природных экосистем

Выброс большого количества загрязнителей и изменения, происходящие при этом в окружающей среде, неизбежно ведут к нарушению нормальных биологически… Деградация почв. Почва представляет собой верхний, наиболее плодородный слой земной коры. Именно в почве находится запас большинства…

Демографические проблемы

Демография − наука, изучающая динамику роста народонаселения. Несмотря на ухудшение состояния окружающей среды и сокращение количества… На протяжении тысячелетий численность населения Земли не превышала 1 млрд.… Анализ тенденции изменения численности населения проводят при помощи специальных «возрастных пирамид». На оси абсцисс…

Глобальные проблемы энергетики

Кроме перечисленных проблем, связанных с резким ухудшением качества среды, перед человечеством остро стоит проблема энергетики. Основная причина… Ресурсы ископаемых видов топлива в настоящее время крайне ограничены. По… С запасом угля дело обстоит немного лучше − их должно хватить на несколько сотен лет. Но развитие угольной…

ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ МОНИТОРИНГ

Если качество природной среды не соответствует нормативным требованиям, необходимо проводить специальные мероприятия по защите окружающей среды. Для… Мониторинг состояния окружающей среды − это система непрерывных… Биосфера Земли постоянно меняется. Естественные изменения изучаются геофизическими службами: гидрометеорологической,…

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

1. Наука о взаимоотношениях между живыми организмами и средой их обитания.

2. Безразмерная устойчивая система компонентов живой и неживой природы, связанных потоками вещества, энергии и информации.

3. Неживая составляющая экосистемы.

4. Область распространения живого вещества на Земле и само живое вещество.

5. Газовая оболочка Земли.

6. Водная оболочка Земли.

7. Твердая оболочка Земли или земная кора.

8. Совокупность живых организмов, присутствующих в данной экосистеме.

9. Зона в атмосфере, защищающая все живое вещество Земли от ультрафиолетового излучения.

10. Совокупность популяций, входящих в биогеоценоз.

11. Относительно однородное жизненное пространство, занятое одним биоценозом.

12. Экосистема на определенном участке земной поверхности.

13. Крупная экосистема, включающая множество биогеоценозов.

14. Совокупность особей одного вида, населяющих определенное пространство, внутри которого происходит обмен генетической информацией.

15. Место обитания популяции.

16. Совокупность генов, характеризующих данный вид организмов.

17. Изменение наследственных свойств организма при нарушении процесса передачи генетической информации.

18. Способность популяции или экосистемы поддерживать устойчивое динамическое равновесие в изменившихся условиях среды.

19. Вид устойчивости экосистемы, характеризующийся ее способностью сопротивляться нарушениям, оставаясь неизменной.

20. Вид устойчивости экосистемы, характеризующийся ее способностью быстро восстанавливаться после нарушения структуры и функции.

21. Последовательная необратимая смена биоценозов под действием природных и антропогенных факторов.

22. Способность экосистемы противостоять внешним воздействиям и сохранять свою структуру и функциональные особенности.

23. Процесс преобразования бактериями химической энергии реакций окисления в энергию синтеза органических веществ.

24. Процесс превращения солнечной энергии в химическую путем синтеза органических соединений из неорганических веществ.

25. Организмы, не способные создавать собственное органическое вещество из неорганических компонентов.

26. Организмы, которые в зависимости от условий среды способны и синтезировать органическое вещество, и потреблять вещество, созданное другими видами.

27. Организмы, способные синтезировать органические вещества из неорганических.

28. Перенос энергии пищи через ряд организмов, происходящий путем поедания одних организмов другими.

29. Организмы в цепи питания, питающиеся готовым органическим веществом, но не доводящие его разложения до простых минеральных соединений.

30. Организмы в цепи питания, перерабатывающие отходы жизнедеятельности других организмов в простые минеральные компоненты.

31. Организмы в цепи питания, способные продуцировать органическое вещество из неорганического.

32. Общее количество органического вещества, производимого популяцией или сообществом за единицу времени на единицу площади.

33. Графическое изображение структуры трофической цепи, показывающее соотношение между ее компонентами.

34. Любые условия среды, способные оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы.

35. Совокупность свойств неживой природы.

36. Совокупность воздействий жизнедеятельности одних организмов на жизнедеятельность других и на среду обитания.

37. Факторы, представленные различными характеристиками почв.

38. Совокупность природных условий, присущих данной территории.

39. Условия среды, характеризующие ее химический состав.

40. Факторы, связанные с рельефом местности, высотой над уровнем моря и т.п.

41. Факторы, характеризующие влияние животных на другие живые организмы.

42. Факторы, характеризующие влияние растений на другие живые организмы.

43. Условия среды, характеризующие воздействие микроорганизмов на другие живые организмы.

44. Факторы, ограничивающие жизнедеятельность организма.

45. Факторы, которые характеризуют воздействие жизнедеятельности человека на другие живые организмы.

46. Величина выносливости организма к данному фактору.

47. Способность вида адаптироваться к отдельным факторам или их комплексу.

48. Наследственно закрепленные особенности живых организмов, обеспечивающие нормальную жизнедеятельность при изменении уровня экологических факторов.

49. Совокупность территориальных и функциональных характеристик среды обитания, соответствующих требованиям данного организма или вида.

50. Часть биосферы, преобразованная человеком в техногенные объекты.

51. Относительно однородная территория, на которой наблюдается закономерное повторение тождественных участков.

52. Внесение в среду нехарактерных для нее компонентов, а также превышение естественного уровня этих компонентов в среде.

53. Процесс преобразования естественных ландшафтов в искусственные под влиянием городской застройки.

54. Введение в окружающую природную среду компонентов, вызывающих изменение ее химических свойств.

55. Внесение в окружающую природную среду компонентов, оказывающих лишь механическое воздействие без изменения ее физико-химических свойств.

56. Изменение физических параметров окружающей среды.

57. Появление необычно большого количества микроорганизмов в экосистеме.

58. Вещества, применяемые для уничтожения сорняков.

59. Синтетические поверхностно-активные вещества, употребляемые как моющие средства и эмульгаторы.

60. Вещества, используемые для уничтожения насекомых-вредителей.

61. Галогеносодержащие высоколетучие вещества, разрушающие озоновый слой Земли.

62. Вещества, используемые для борьбы с сорняками, вредителями, болезнями сельскохозяйственных растений.

63. Воздействие на состав и структуру популяций живых организмов.

64. Внесение в окружающую среду веществ, чуждых естественным биоценозам.

65. Изменение световых, шумовых, тепловых и др. параметров окружающей среды под влиянием антропогенного воздействия.

66. Видимые загрязнения воздуха, обусловленные присутствием в нем мельчайших частиц пыли, сажи, золы и т.д.

67. Повышение средней температуры атмосферы из-за увеличения содержания в ней углекислого газа и некоторых других веществ.

68. Средства существования людей, которые они не создают, а находят в природе.

69. Средства существования людей, количество которых по мере их изъятия неуклонно уменьшается.

70. Совокупность космических, климатических, воздушных и водных ресурсов.

71. Ресурсы, темп расхода которых соответствует темпу их восстановления.

72. Ресурсы, которые совершенно не восстанавливаются или восстанавливаются значительно медленнее, чем идет их использование человеком.

73. Воздействие человека на природу.

74. Система деятельности, призванная обеспечить экономное использование природных ресурсов и их воспроизводство с учетом перспективных интересов народного хозяйства и нанесения наименьшего вреда природе.

75. Непригодные для производства данной продукции компоненты сырья или возникающие в ходе технологических процессов вещество и энергия, не использующиеся в данном производстве.

76. Вид природопользования, при котором наносится значительный ущерб окружающей среде.

77. Антропогенная деятельность, способная вызвать экологическую катастрофу.

78. Совокупность данных о качественном и количественном состоянии природных ресурсов и их эколого-социально-экономическая оценка.

79. Противозаконное действие, основной составляющей которого является нанесение вреда природе.

80. Сфера разума - высшая стадия развития биосферы.

81. Совокупность параметров окружающей среды, удовлетворяющая экологической нише человека.

82. Система наблюдений за изменениями состояния окружающей среды и прогнозирование развития этих изменений.

83. Предельный уровень качества среды, при выходе за который начинаются необратимые изменения в экосистемах.

84. Значение показателей качества среды, не подвергавшейся антропогенным воздействиям.

85. Параметры качества среды, определяемые санитарно-гигиеническими и экологическими нормативами.

86. Участок территории, в пределах которого временно запрещены отдельные формы хозяйственной деятельности.

87. Биогеоценоз или совокупность биогеоценозов, не подвергавшихся антропогенным воздействиям.

88. Предельно допустимые уровни антропогенных воздействий, превышение которых создает опасность для природной среды и здоровья человека.

89. Максимальная концентрация вредного вещества, при которой еще не происходит нарушение деятельности человеческого организма.

90. Деятельность по установлению нормативов предельно допустимых воздействий человека на природу.

91. Нормативы содержания вредных веществ в окружающей среде, не нарушающие гомеостатические механизмы саморегуляции экосистем.

92. Нормативы, ограничивающие выбросы загрязняющих веществ в атмосферу.

93. Нормативы, ограничивающие выбросы загрязняющих веществ в гидросферу.

94. Государственная система, являющаяся наиболее полным источником объективной информации об окружающей среде.

 

Список рекомендуемой литературы

 

 

Основная:

1. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды., 1990.

2. Стадницкий Г.В. Экология / Г.В. Стадницкий, А.И. Родионов. - М.: Высшая школа, 1988. - 272с.

3. Туренко Ф.П. Аспекты экологии: Учебное пособие для технических

вузов / Ф.П. Туренко. - Омск: Изд-во СибАДИ,1999. - 64с.

 

Дополнительная:

1. Вронский В.А. Прикладная экология: Учебное пособие. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 1996. с. 512.

2. Вронский В.А. Экология: Cловарь-справочник / В.А. Вронский. - Ростов-на-Дону: Изд-во "Феникс", 1999. - 576с.

3. Защита окружающей среды от техногенных воздействий. Учебное пособие/ Под общей ред. Г.Ф.Невской. М.:изд-во МГУ, 1993.с.216

4. Коробкин В.И., Передельский Л.В. Экология. Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2000. с.576.

5. Одум Ю. Экология/Пер. с англ. Т.1-2.М.: Мир, 1986.с.328,376

6. Реймерс Н.Ф. Экология (теория, законы, правила, принципы и гипотезы). М.: «Россия молодая», 1994.с.367

7. Рохлов В.С. Экология: Популярный словарь / В.С. Рохлов, В.Н. Беляев. - М.: Издательский центр «Академия», 1997. - 96 с.

8. Цветкова Л.И. Экология: Учебник для технических вузов / Л.И. Цветкова, М.И. Алексеев, Б.П. Усанов, Е.В. Неверова-Дзиопак, Ф.В. Кармазинов, Л.И. Жукова. - М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 488с.

 

 

Приложение №1

 

Оформление титульного листа контрольной работы по экологии

согласно требованиям установленных на данной кафедре.

 

 

Приложение №2

 

 

ВОПРОСЫ

к зачету по общей экологии

 

1. Понятие об экологии. Связь экологии с другими науками.

2. Строение географической оболочки Земли.

3. Биосфера.

4. Эволюция биосферы. Биотехносфера. Учение Вернадского о ноосфере.

5. Экосистема и биогеоценоз (различие в понятиях).

6. Схема строения биогеоценоза. Биом.

7. Описание процесса фотосинтеза.

8. Процесс дыхания.

9. Хемосинтез.

10. Общие цепи питания организмов (трофические цепи).

11. Передача энергии по трофической цепи.

12. Продуктивность экосистемы.

13. Экологические пирамиды.

14. Круговорот веществ в биосфере. Геологический круговорот.

15. Круговорот веществ в биосфере. Биотический (малый) круговорот.

16. Термодинамика процессов живой природы. Негэнтропия.

17. Гомеостаз и устойчивость экологических систем. Сукцессия.

18. Экологических факторы среды (общая классификация).

19. Абиотические факторы.

20. Биотические факторы.

21. Законы минимума и максимума.

22. Закон толерантности.

23. Экологическая валентность (пластичность).

24. Адаптации, жизненные формы.

25. Экологическая ниша организма.

26. Природные ресурсы и их классификация.

27. Принципы рационального природопользования. Безотходные технологии.

28. Загрязнение окружающей среды. Классификация загрязнений.

29. Экологический мониторинг.

30. Государственная экологическая экспертиза; лицензирование природопользования. Сертификация.

31. Ответственность за экологические правонарушения.

 

 

Приложение №3.

 

Варианты кроссвордов для выполнения практической работы