Законы лимитирующих факторов.

Закон минимума Либиха - жизненные возможности лимитируются экологическими факторами, количество и качество которых близки к необходимому экосистеме минимуму, снижение их ведёт к гибели организма или деструкции системы (Ю. Либих)

Закон толерантности Шелфорда - существование вида определяется как недостатком, так и избытком любого из факторов, имеющих уровень, близкий к пределу переносимости данным организмом. В связи с этим все факторы, уровень которых приближается к пределу выносливости организма, называются лимитирующими.

Законы Коммонера

Всё связано со всем — в законе отражён экологический принцип холизма (целостности), он основан на законе больших чисел.

Всё должно куда-то деваться — закон говорит о необходимости замкнутого круговорота веществ и обеспечения стабильного существования биосферы.

Природа знает лучше — закон имеет двойной смысл — одновременно призыв сблизиться с природой и призыв крайне осторожно обращаться с природными системами.

Ничто не даётся даром — закон говорит о том, что каждое новое достижение неизбежно сопровождается утратой чего-то прежнего

 

 

1. Среда обитания живых организмов.

Каждый организм постоянно находится в прямых или косвенных отношениях с разнообразными компонентами и явлениями окружающей его среды или, иначе, среды обитания, влияющими на состояние и свойства организма. Среда — весь спектр окружающих организм элементов и условий в той части пространства, где обитает организм, все то, среди чего он живет и с чем непосредственно взаимодействует. При этом организмы, приспособившись к определенному комплексу конкретных условий, в процессе жизнедеятельности сами постепенно изменяют эти условия, т. е. среду своего существования. В земных условиях существуют четыре основных типа среды обитания живых организмов: водная, наземная (воздушная), почвенная, а также тело другого организма, используемое паразитами.

 

 

1. Экологические факторы. Их классификация.

Экологический фактор— любой элемент окружающей среды, способный прямо или косвенно влиять на живой организм, хотя бы на одном из этапов его индивидуального развития. Экологические факторы принято делить на две группы: факторы косной (неживой) природы — абиотические или абиогенные; факторы живой природы — биотические или биогенные.

 

 

1. Совокупность факторов неорганической природы. Дайте характеристику этим факторам. Биотические экологические факторы.

1) Лучистая энергия солнца(основной источник энергии на Земле;процесс фотосинтеза); 2) Освещение(процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений); 3) Температура(влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение); 4) Влажность атмосферного воздуха; 5) Атмосферные осадки(определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде); 6) Газовый состав атмосферы; 7) Движение воздушных масс (ветер)( переносит примеси в атмосфере); 8) Давление атмосферы.Биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на другие. Различают гомотипические реакции, т. е. взаимодействие особей одного и того же вида, и гетеротипические — отношения представителей разных видов.Классификация биотических взаимодействий: 1.Нейтрализм - ни одна популяция не влияет на другую. 2. Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса ддя другого организма. 3. Паразитизм. 4. Хищничество. 5. Симбиоз

 

1. Экологические факторы, ограничивающие развитие организма. Закон минимума Ю. Либиха и толерантности В. Шелфорда.

1) Лучистая энергия солнца(основной источник энергии на Земле;процесс фотосинтеза); 2) Освещние(процесса фотосинтеза, определяет сроки цветения и плодоношения растений); 3) Температура(влияет на жизнедеятельность растений и животных, определяя их активность и характер существования в конкретных ситуациях. Особенно заметное влияние оказывает t на фотосинтез, обмен веществ, потребление пищи, двигательную активность и размножение); 4) Влажность атмосферного воздуха; 5) Атмосферные осадки(определяют перемещение и распространение вредных веществ в окружающей среде); 6) Газовый состав атмосферы; 7) Движение воздушных масс (ветер)( переносит примеси в атмосфере); 8) Давление атмосферыТот факт, что ограничение дозы (или отсутствие) любого из необходимых растению веществ, относящихся как к макро-, так и к микроэлементам, ведет к одинаковому результату — замедлению роста, обнаружен и изучен Ю. Либихом. Сформулированное им в 1840 г. правило называют законом минимума Либиха: величина урожая определяется количеством в почве того из элементов питания, потребность растения в котором удовлетворена меньше всего. З. толерантности В. Шелфорда : любой живой организм имеет определенные, эволюционно унаследованные верхний и нижний пределы устойчивости (толерантности) к любому экологическому фактору.

 

1. Место популяции в биоте Земли. Основные статические и динамические показатели популяции.

Все живое, окружающее организм в среде обитания, составляет биотическую среду или биоту. Популяция - элементарная группировка организмов определенного вида, обладающая всеми необходимыми условиями для поддержания своей численности в постоянно изменяющихся условиях ОС. Различают 3 вида популяции: элементарная; экологическая, географическая. Статические показатели: 1)численность; 2)плотность; 3)возраст; 4)вес; 5) рост; 6) половая структура. Динамические: 1)рождаемость; 2) смертность; 3)естественный прирост (эмиграция, иммиграция).

 

1. Экологические пирамиды.

ЭП характеризует биопродуктивность в системе на каждом ее уровне, основанием которой служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершины пирамиды. Различают: 1) пирамиды численностей, отражающие численность отдельных организмов; 2) пирамиды биомассы, характеризующие общую сухую массу, калорийность или другую меру общего кол-ва живого вещ-ва; 3) пирамиды энергии, показывающие величину потока энергии или продуктивность на каждом из трофических уровней.

 

 

1. Кривые роста популяции. Основные статические и динамические показатели роста. Кривые выживания.

 

Допустим, в новой и благоприятной среде условия для роста популяции оптимальны и наблюдается экспоненциальный рост. Кривая такого роста – это экспоненциальная или логарифмическая кривая. Но, в конце концов, достигается такая точка, когда по нескольким причинам экспоненциальный рост становится невозможным. Он начинает замедляться так, что кривая роста приобретет сигмовидную форму. Такой тип роста называют зависимым от плотности, т.к. скорость роста зависит от плотности популяции. Кривая другого типа получается, когда экспоненциальный рост продолжается вплоть до внезапного падения плотности популяции. Такой рост не зависит от плотности, т.к. его регуляция не связана с плотностью популяции. Такую кривую называют «J-образной». Скорость роста популяции в естественном местообитании будет зависеть от климатических изменений, от снабжения пищей и от того, ограничено ли размножение определенным временем года.

Статические показатели характеризуют состояние роста популяции в какой-то определенный момент. К ним относятся: 1)общая численность;2)плотность;3)различные структуры (возрастная, размерная, половая). Динамические показатели характеризуют процессы в популяции за некоторый промежуток времени. К ним относятся:1)рождаемость;2)смертность;3)эмиграция; 4)иммиграция.

Кривая А очень близка к идеальной кривой выживания для популяции, в которой старение служит главным фактором, влияющим на смертность. Кривая типа Б характерна для популяций организмов с высокой смертностью в ранний период жизни. Плавная кривая типа В может быть получена, если смертность постоянная в течение всей жизни организмов. Это может быть тогда, когда главным фактором, определяющим смертность является случай.

 

 

1. Экосистема и биоценоз. Взаимоотношение организмов в биоценозе. Видовая структура биоценоза. Понятие экологической ниши. Экологическая система. Структура, продуктивность, функционирование экосистем.

Экосистема- функциональное природное образование, саморегулирующиеся системы с обратными связями, растения, животные и окружающая их природная среда, с которой они находятся в постоянной взаимосвязи. Биоценоз-совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоёмов и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям ОС.

Взаимоотношения организмов в биоценозе делят на: 1) трофические, 2) топические, 3) форические и 4) фабрические. Трофические связи наблюдаются, когда один вид питается другим — либо их мертвыми остатками, либо продуктами их жизнедеятельности. Топические связи характеризуют любое физическое или химическое изменение условий обитания одного вида в результате жизнедеятельности другого. Форические связи — это участие одного вида в распространении другого. Фабрические связи — это такой тип биоценотических отношений, в которые вступает вид, используя для своих сооружений (фабрикации) продукты выделения или мертвые остатки или даже живых особей другого вида. Видовая структура – кол-во видов, образующих биоценоз, и соотношение их численности. Виды, преобладающие по численности, массе и развитию, называются доминантными. Среди них выделяют эдификаторы – виды, которые своей жизнедеятельностью в наибольшей степени формируют среду обитания, предопределяя существование других организмов. Экологической нишей называют положение вида, которое он занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Экологическая ниша отображает участие вида в биоценозе. Экосистема — это любая совокупность организмов и неорганических компонентов, в которой может осуществляться круговорот веществ. Любую экосистему можно разделить на совокупность организмов и совокупность неживых факторов окружающей среды. Структура живой части биогеоценоза определяется трофо-энергетическими связями и отношениями. Продуктивность — это скорость производства биомассы в единицу времени, которую нельзя взвесить, а можно только рассчитать в единицах энергии или накопления органических веществ. Различают продуктивность текущую и общую, а также первичную (определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами) и вторичную (скорость накопления энергии консументами). Каждая экосистема поддерживает свое существование за счет круговорота биогенов и постоянного притока солнечной энергии.

 

 

1. Пищевые взаимоотношения организмов и трофическая структура экосистемы. Какие трофические системы являются проводниками энергетических потоков в экосистемах.

Важнейший вид взаимоотношений между организмами в биоценозе — это пищевые связи хищника и жертвы. Пищевая цепь — это последовательность организмов, в которой каждый из них съедает или разлагает другой. Каждое звено пищевой цепи называют трофическим уровнем. Первый трофический уровень занимают автотрофы, иначе именуемые первичными продуцентами. Организмы второго трофического уровня называют первичными консументами, третьего — вторичными консументами и т. д. Обычно бывают четыре или пять трофических уровней и редко более шести. Существуют два главных типа пищевых цепей — пастбищные (или «выедания») и детритные (или «разложения»).

 

 

1. Динамика экосистемы. Виды экологических сукцессий.

Нестабильность абиотических факторов экосистем является причиной колебаний состава и функциональных связей в биоценозах. Динамичность —свойство экосистем, которое отражает не только зависимость последних от комплекса факторов, но и адаптивную (приспособительную) реакцию всей системы на эти факторы. Масштабы времени, в которых выражается динамика экосистем, различны. Изменения могут иметь суточную или сезонную ритмичность, продолжаться несколько лет или охватывать целые геологические эпохи, влияя на развитие глобальной экосистемы Земли.Динамика экосистемы определяется серией сменяющих друг друга сообществ. Экологическая сукцессия, сукцессионное замещение или биологическое развитие— развитие, при котором в пределах одной и той же территории (биотопа) происходит последовательная смена одного биоценоза другим в направлении повышения устойчивости экосистемы. Сукцессия завершается формированием сообщества, наиболее адаптированного по отношению к комплексу сложившихся климатических условий. Причиной начала процесса сукцессии в ряде случаев являются изменения фундаментальных свойств среды обитания, возникающие под влиянием комплекса факторов. Такие факторы бывают естественными и антропогенными. Сукцессии подразделяют на:

• антропогенные;

• катастрофические;

• пирогенные;

• зоогенные (фитогенные).

По общему характеру сукцессии делят на первичные (начинаются наэкологическом компоненте, не измененном деятельностью живых организмов) и вторичные (развиваются на субстрате, первоначально измененном деятельностью комплекса живых организмов, существовавших на данном месте ранее).

 

1. Биологическая продуктивность экосистем. Уровни производства органического вещества. Экологические пирамиды.

Продуктивность — это скорость производства биомассы в единицу времени. Различают продуктивность текущую и общую, а также первичную (определяется как скорость, с которой энергия Солнца усваивается организмами-продуцентами) и вторичную(скорость накопления энергии консументами). Каждая экосистема поддерживает свое существование за счет круговорота биогенов и постоянного притока солнечной энергии.

Уровни:

1)валовая первичная продуктивность — общая скорость накопления органических веществ продуцентами.

2) чистая первичная продуктивность — скорость накопления органических веществ за вычетом тех, что были израсходованы при дыхании и секреции за изучаемый период.

3) чистая продуктивность сообщества — скорость общего накопления органических веществ, оставшихся после потребления гетеротрофами-консументами (чистая первичная продукция минус потребление гетеротрофами).

4) вторичная продуктивность — скорость накопления энергии консументами. ЭП характеризует биопродуктивность в системе на каждом ее уровне, основанием которой служит первый уровень (уровень продуцентов), а последующие уровни образуют этажи и вершины пирамиды.

Различают:

1) пирамиды численностей, отражающие численность отдельных организмов; 2) пирамиды биомассы, характеризующие общую сухую массу, калорийность или другую меру общего кол-ва живого вещ-ва;

3) пирамиды энергии, показывающие величину потока энергии или продуктивность на каждом из трофических уровней

 

1. Биосфера. Основные ее отличия от других оболочек земли. Свойства биосферы. Состав и границы биосферы.

Биосфера – оболочка Земли, охватывающая нижнюю часть атмосферы, гидросферу и верхние слои литосфе6ры, состав, структура и энергетика которых в значительной степени обусловлены прошлой и современной жизнедеятельностью организмов.

Отличия:

1)разнородность строения;

2)большое многообразие организмов;

3)большой объем;

4)проявление геологической деятельности живых существ.

Свойства:

1) Биосфера - централизованная система. Центральным звеном ее выступают живые организмы.

2) Биосфера – открытая система. Ее существование невозможно без поступления энергии извне.

3) Биосфера - саморегулирующаяся система. Способная возвращаться в исходное состояние.

4) Биосфера - система, характеризующаяся большим разнообразием. Разнообразие рассматривается как основное условие устойчивости биосферы.

5) наличие в ней механизмов, обеспечивающих круговорот в-в и связанную с ним неисчерпаемость отдельных химических элементов и их соединений. Биосфера включает в себя:

• аэробиосферу — нижнюю часть атмосферы;

• гидробиосферу — всю гидросферу;

• литобиосферу — верхние горизонты литосферы.

Верхняя граница теоретически определяется озоновым слоем (около 20 км). Нижняя граница существования определяется дном океана 11 022 м (Марианская впадина) и глубиной литосферы, характеризующейся температурой 100 °С (около 6000 м).

 

1. Учение В.И.Вернадского о биосфере.

Биосфера представляет собой оболочку Земли, состав структура и свойства которой в той или иной степени определяются настоящей или прошлой деятельностью живых организмов.

Учение о биосфере заключается в след.:

1) признание роли живого вещества;

2)представление о согласованном взаимодействии живого и неживого вещества в биосфере;

3) идея о возникновении и развитии биосферы.

Основные идеи об эволюции биосферы:

1)вначале сформировалась литосфера, а позже, после формирования жизни на Земле – биосфера. В течение всей истории Земли никогда не наблюдались эпохи, лишенные жизни.

2)живые организмы – главный фактор миграции живых организмов (веществ). 3)грандиозный геологический эффект деятельности организмов обусловлен тем, что действует практически бесконечно и их много;

4) на определенном этапе развития биосфера вступает в сферу ноосферы.

Типы вещества в биосфере:

1) живое вещество-совокупность всех живых организмов в биосфере;

2)косное вещество - неживые тела, образованные в результате процессов, не связанных с деятельностью живых организмов (базальт, гранит)

3) биогенное вещество – неживые вещества, образованные в результате деятельности живых организмов (мел, известняк);

4)биокосное вещество – тела, представляющие собой результат совместной деятельности живых организмов и биологических процессов (почва); 5)радиоактивное вещество (уран); 6)рассеянные атомы.

 

 

1. Круговороты веществ в природе. Функции живого вещества в биосфере.

Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический (круговорот воды и циркуляции атмосферы), и малый, биологический (биотический) (перераспределения вещества, энергии и информации в пределах экологических систем различного уровня организации). Оба круговорота взаимно связаны и представляют как бы единый процесс. Продуценты и редуценты обеспечивают круговорот веществ в экосистеме: окисленные формы углерода и минеральных веществ превращаются в восстановленные и наоборот; происходит превращение неорганических веществ в органические, а органических – в неорганические. Функции:

1)Энергетическая – аккумуляция солнечной энергии в ходе фотосинтеза. 2)Газовая – состав современной атмосферы сложился, в значительной мере, под воздействием жизнедеятельности организмов.

3) Концентрационная – в результате жизнедеятельности организмов сложились все виды ископаемого топлива, многих руд, органическое вещество почвы и т.д. 4)Окислительно-восстановительная – в ходе жизнедеятельности живых организмов постоянно протекают окислительно-восстановительные реакции, обеспечивающие круговорот и постоянные превращения углерода, водорода, кислорода, азота, фосфора, серы, железа и других элементов.

5)Деструкционная – в результате разрушения погибших организмов и продуктов их жизнедеятельности происходит превращение живого вещества в косное, биогенное и биокосное.

6)Средообразующая – организмы различным образом преобразуют физико-химические факторы среды.

7)Транспортная – перенос вещества против силы тяжести и в горизонтальном направлении.

 

1. Роль азота в биосфере. Биогеохимический круговорот азота. Роль углерода в биосфере. Биогеохимический круговорот углерода.

Биохимический круговорот (цикл) – процесс обмена вещества между различными компонентами биосферы, обусловленными жизнедеятельностью организмов. Важную роль в биосферных процессах играет круговорот азота. В них участвует только азот, входящий в определенные химические соединения. Фиксация его в химических соединениях происходит при вулканической деятельности, при грозовых разрядах в атмосфере в процессе её ионизации, при сгорании материалов. Определяющее значение в фиксации азота имеют микроорганизмы. Соединения азота (нитраты, нитриты) в растворах поступают в организмы растений, участвуя в образовании органического вещества (аминокислоты, сложные белки).

Соединения углерода образуются, изменяются и разрушаются. Основной путь углерода - от углекислого газа в живое вещество и обратно. Часть углерода выходит из круговорота, отлагаясь в осадочных породах океана или в ископаемых горючих веществах органического происхождения (торф, каменный уголь, нефть, горючие газы), где уже аккумулирована его основная масса. Этот углерод принимает участие в медленном геологическом круговороте. Жизнь на Земле и газовый баланс атмосферы поддерживаются относительно небольшими количествами углерода, участвующего в малом круговороте и содержащегося в растительных тканях, в тканях животных.

 

1. Фотосинтез и хемосинтез, их роль в окружающей среде.

Фотосинтез – процесс синтеза органического вещества из неорганических (вода и газ), сопровождающийся накоплением энергии. Протекает в зеленой массе растений, содержащих хлорофилл. Важным следствием фотосинтеза является образование в нем кислорода, который становится, восполняем ресурсом планеты до тех пор, пока на ней есть процесс фотосинтеза. Хемосинтез— синтез органических соединений из неорганических веществ с использованием химической энергии, выделяющейся в реакциях окисления неорганических веществ. Процесс хемосинтеза протекает без участия хлорофилла, для его осуществления не обязательно наличие света. Освобождающаяся энергия накапливается в молекулах АТФ (аденозинтрифосфат) и используется для синтеза органических веществ.

 

1. Что такое ноосфера и почему возникло это понятие?

Ноосфера — сфера разума. Гипотетическая стадия развития биосферы, когда разумная деятельность человека на основе приоритета экологических законов станет главным определяющим фактором ее устойчивого развития.

В.И.Вернадский в своих работах показал, что основной причиной возникновения этого понятия является «научная мысль социального человечества», т.е. то состояние биосферы, в котором должен проявляться разум и направляемая им работа человека, как новая небывалая на планете геологическая сила. Начало развития ноосферы Вернадский связывал с формированием мощных античных государств, имевших относительно развитые земледелие и города.

 

1. Что понимается под антропогенным воздействием на биосферу?

Антропогенное воздействие–воздействие человечества на природу, при котором взаимодействие подчинено только экономическим интересам людей. Антропогенные факторы – это проявления деятельности человеческого общества, изменяющие среду обитания для разнообразных организмов. Антропогенные факторы, как правило, действуют косвенно, посредством изменения действия абиотических и биотических факторов. Выделяется несколько типов антропогенных воздействий:

Точечные воздействия – например, отдельные источники загрязнений. – Линейные воздействия – например, дороги, нефтепроводы, линии электропередач. – Воздействия на обширных территориях – например, распашка степей, вырубка лесов. – Глобальные воздействия – например, изменение содержания углекислого газа в атмосфере.

 

 

1. Дайте определение загрязнению окружающей среды. Укажите его виды, объекты и масштабы.

Загрязнение ОС — любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающих или нарушающих процессы круговорота и обмена веществ, потоки энергии со снижением продуктивности или разрушением данной экосистемы.

Виды: биологическое, микробиологическое, механическое, космическое, химическое, аэрозольные загрязнения, физическое, тепловое, световое, шумовое, электромагнитное, радиоактивное, визуальное загрязнения. К объектам относятся: леса, недра, воды, почвы, земли, воздух.

 

1. Наиболее опасные загрязняющее вещества для человеческой популяции и природных биотических сообществ.

Значительную опасность представляют газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т.д.). Загрязнение водных экосистем представляет огромную опасность для всех живых организмов и, в частности, для человека. Сами же синезеленые водоросли в результате своей жизнедеятельности производят сильнейшие токсины, представляющие опасность для гидробионтов и человека. Среди химических токсикантов наибольшую опасность для морской биоты и человека представляют нефтяные углеводороды (особенно бенз(а)пирен), пестициды и тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий и др.).

В настоящее время стихийное развитие взаимоотношений с природой представляет опасность для существования не только отдельных объектов, территорий, стран и т.д.

ПЕСТИЦИДЫ, вещества, применяемые для борьбы с вредными организмами.

Среди пестицидов наибольшую опасность представляют стойкие хлорорганические соединения (ДДТ, ГХБ, ГХЦГ), которые могут сохраняться в почвах в течение многих лет и даже малые их концентрации в результате биологического накопления могут стать опасными для жизни организмов. Попадая в организм человека, пестициды могут вызвать не только быстрый рост злокачественных новообразований, но и поражать организм генетически, что может представлять серьезную опасность для здоровья будущих поколений. Серьезную экологическую опасность для человека и биоты представляют также отходы, содержащие пестициды, бенз(а)пирен и другие токсиканты. Существенное значение имеет и потенциальная опасность перемещения в Россию опасных промышленных отходов из стран. Особую опасность представляет биологическое загрязнение среды возбудителями инфекционных и паразитарных болезней. Цитомегалавирус, непредставлявший значительной опасности еще несколько лет назад, может стать главной угрозой в связи с трансплантациями органов и тканей, а также как оппортунистическая инфекция при СПИДе. Так, новая экологическая опасность создается в связи с развитием биотехнологии и генной инженерии.

 

1. Оцените роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы. Приведите примеры пагубного влияния высокотоксичных загрязнителей на живые организмы.

В настоящее время «основной вклад» в загрязнение атмосферного воздуха на территории России вносят следующие отрасли: теплоэнергетика (тепловые и атомные электростанции, промышленные и городские котельные и др.), далее предприятия черной металлургии, нефтедобычи и нефтехимии, автотранспорт, предприятия цветной металлургии и производство стройматериалов. Роль различных отраслей хозяйства в загрязнении атмосферы в развитых промышленных странах Запада несколько иная. Так, например, основное количество выбросов вредных веществ в США, Великобритании и ФРГ приходится на автотранспорт (50–60%), тогда как на долю теплоэнергетики значительно меньше, всего 16–20%.