Структура пищевой цепи в морской экосистеме - раздел Экология, А.С. СТЕПАНОВСКИХ - ЭКОЛОГИЯ (По Ф. Рамаду, 1981)
...
(по Ф. Рамаду, 1981)
| Трофический
уровень
| Экологическая функция
| Тип организма
| Вид
| |
| I
II
III
IV
V
| Продуцент
.¯
Консумент 1
(травоядное)
¯
Консумент 11
(плотоядное 1) .
¯
Консумент III
(плотоядное 2)
¯
Консумент IV
(плотоядное 3)
| Фитопланктон
¯
Зоопланктон
¯
Рыбы (микрофаги)
¯
Рыбы (макрофаги)
¯
Птицы (ихтиофаги)
| Chaetoceros
¯
Calanus
(веслоногие рачки)
¯
Ammodytes (песчанка)
¯
Clupea (сельдь)
¯
Phalacrocorax
(баклан)
| |
| |
| |
| |
Пищевые цепи, включающие паразитов, отличаются от приведенных и идут от крупных организмов к мелким. В отдельных случаях организмы, таксономически значительно удаленные друг от друга, развиваются один внутри тела другого, первый паразит внутри второго и т. д. К примеру, у насекомых гиперпаразитизм очень сильно развит, и нередко пищевая цепь имеет следующий вид:
I II III IV
растение ® травоядное ® паразит ® гиперпаразит
сосна ® гусеница ® бракониды ® наездники
Abies Choristoneura Apantelessp Chaleididae
alba murinana
Вокруг каждого вида насекомого-фитофага, который питается растениями, формируется зооценоз паразитов и хищников, образующих многочисленные пищевые цепи, где хозяин является начальным звеном.
Приведенные типы пищевых цепей начинаются с фотосинте-зирующих организмов и носят название пастбищных (или цепи выедания, или цепи потребления).
Третий тип пищевых цепей, начинающихся с отмерших остатков растений, трупов и экскрементов животных, относят к детритным (сапрофитным) пищевым цепям или к детрит-ным цепям разложения. В детритных пищевых цепях наземных экосистем важную роль играют лиственные леса, большая часть листвы которых не употребляется в пищу травоядными животными и входит в состав подстилки из опавших листьев. Листья измельчаются многочисленными детритофагами — грибами, бактериями, насекомыми (например, коллембола) и т. д., дальше заглатываются земляными (дождевыми) червями, которые осуществляют равномерное распределение гумуса в поверхностном слое земли, образуя так называемый мулль (рис. 12.22).
Рис. 12.22. Детритная пищевая цепь в наземной экосистеме
(по Б. Небелу, 1993)
На этом уровне у грибов закладывается мицелий. Разлагающие микроорганизмы, завершающие цепь, производят окончательную минерализацию мертвых органических остатков. В целом типичные детритные пищевые цепи наших лесов можно представить следующим образом:
листовая подстилка ® дождевой червь ® черный дрозд ®
ястреб-перепелятник;
мертвое животное ® личинки падальных мух ® травяная
лягушка ® обыкновенный уж.
В рассмотренных схемах пищевых цепей каждый организм представлен как питающийся другими организмами какого-то одного типа. Реальные же пищевые связи в экосистеме намного сложнее, так как животное может питаться организмами разных типов из одной и той же пищевой цепи или из разных пищевых цепей, например, хищники верхних трофических уровней. Нередко животные питаются как растениями, так и другими животными. Их называют всеядными. Таким образом, все три типа пищевых цепей всегда сосуществуют в экосистеме так, что ее представители объединены многочисленными пересекающимися пищевыми связями, а все вместе они образуют пищевую (трофическую) сеть (рис. 12.23).
Пищевые сети в экосистемах весьма сложные, и можно сделать вывод, что энергия, поступающая в них, долго мигрирует от одного организма к другому.
Рис. 12.23. Пищевая сеть и направление потока вещества
(по Е. А. Криксунову и др., 1995)
Экологические пирамиды. Внутри каждой экосистемы трофические сети имеют хорошо выраженную структуру, которая характеризуется природой и количеством организмов, представленных на каждом уровне различных пищевых цепей. Для изучения взаимоотношений между организмами в экосистеме и для их графического изображения обычно используют не схемы пищевых сетей, а экологические пирамиды. Экологические пирамиды выражают трофическую структуру экосистемы в геометрической форме. Они строятся в виде прямоугольников одинаковой ширины, но длина прямоугольников должна быть пропорциональна значению измеряемого объекта. Отсюда можно получить пирамиды численности, биомассы и энергии.
Экологические пирамиды отражают фундаментальные характеристики любого биоценоза, когда они показывают его трофическую структуру:
— их высота пропорциональна длине рассматриваемой пищевой цепи, т. е. числу содержащихся в ней трофических уровней;
— их форма более или менее отражает эффективность превращений энергии при переходе с одного уровня на другой.
Пирамиды численности. Они представляют собой наиболее простое приближение к изучению трофической структуры экосистемы. При этом сначала подсчитывают число организмов на данной территории, сгруппировав их по трофическим уровням и представив в виде прямоугольника, длина (или площадь) которого пропорциональна числу организмов, обитающих на данной площади (или в данном объеме, если это водная экосистема). Установлено основное правило, которое гласит, что в любой среде растений больше, чем животных, травоядных больше, чем плотоядных, насекомых больше, чем птиц, и т. д. (рис. 12.24).
Рис. 12.24. Упрощенная схема пирамиды численности
(по Г. А. Новикову, 1979)
Пирамиды численности отражают плотность организмов на каждом трофическом уровне. В построении различных пирамид численности отмечается большое разнообразие. Нередко они перевернуты (рис. 12.25).
Например, в лесу насчитывается значительно меньше деревьев (первичные продуценты), чем насекомых (растительноядные).
Рис. 12.25. Пирамиды численности:
1 — прямая; 2 — перевернутая (по Е. А. Криксунову и др., 1995)
Подобная же картина наблюдается в пищевых цепях сапрофитов и паразитов.
Пирамида биомассы. Отражает более полно пищевые взаимоотношения в экосистеме, так как в ней учитывается суммарная масса организмов (биомасса) каждого трофического уровня. Прямоугольники в пирамидах биомассы отображают массу организмов каждого трофического уровня, отнесенную к единице площади или объема. Форма пирамиды биомассы нередко сходна с формой пирамиды численности. Характерно уменьшение биомассы на каждом следующем трофическом уровне (рис. 12.26 и 12.27).
Рис. 12.27. Типы пирамид биомассы в различных подразделениях
биосферы (по Н. Ф. Реймерсу, 1990)
Пирамиды биомассы, так же как и численности, могут быть не только прямыми, но и перевернутыми. Перевернутые пирамиды биомассы свойственны водным экосистемам, в которых первичные продуценты, например фитопланктонные водоросли, очень быстро делятся, а их потребители — зоопланктонные ракообразные — гораздо крупнее, но имеют длительный цикл воспроизводства. В частности, это относится к пресноводной среде, где первичная продуктивность обеспечивается микроскопическими организмами, скорость обмена веществ которых повышена, т. е. биомасса мала, производительность велика.
Пирамида энергии. Наиболее фундаментальным способом отображения связей между организмами наразных трофических уровнях служат пирамиды энергии. Они представляют эффективность преобразования энергии и продуктивность пищевых цепей, строятся подсчетом количества энергии (ккал), аккумулированной единицей поверхности за единицу времени и используемой организмами на каждом трофическом уровне. Так, можно относительно легко определить количество энергии, накопленной в биомассе, и сложнее оценить общее количество энергии, поглощенной на каждом трофическом уровне. Построив график (рис. 12.28), можно констатировать, что деструкторы, значимость которых представляется небольшой в пирамиде биомассы, а в пирамиде численности наоборот; получают значительную часть энергии, проходящей через экосистему. При этом только часть всей этой энергии остается в организмах на каждом трофическом уровне экосистемы и сохраняется в биомассе, остальная часть используется для удовлетворения метаболических потребностей живых существ: поддержание существования, рост, воспроизводство. Животные также расходуют значительное количество энергии и для мышечной работы.
Рис. 12.28. Экологические пирамиды (по Е. Одуму, 1959):
а — пирамида численности; б — пирамида биомассы;
в — пирамида энергии.
Заштрихованные прямоугольники обозначают чистую продукцию
Рассмотрим более подробно, что происходит с энергией при ее передаче через пищевую цепь (рис. 12.29).
Рис. 12.29. Поток энергии через три уровня трофической
цепи (по П. Дювиньо и М. Тангу, 1968)
Ранее уже было отмечено, что солнечная энергия, полученная растением, лишь частично используется в процессе фотосинтеза. Фиксированная в углеводах энергия представляет собой валовую продукцию экосистемы (Пв). Углеводы идут на построение протоплазмы и рост растений. Часть их энергии затрачивается на дыхание (Д1). Чистая продукция (Пч) определяется по формуле:
Пч = Пв – Д1 (12.5)
Следовательно, поток энергии, проходящий через уровень продуцентов, или валовую продукцию, можно представить:
Пв = Пч + Д1. (12.6)
Определенное количество созданных продуцентами веществ служит кормом (К) фитофагов. Остальное как итог отмирает и перерабатывается редуцентами (Н). Ассимилированный фитофагами корм (А) лишь частично используется для образования их биомассы (Пд). Главным образом он растрачивается на обеспечение энергией процессов дыхания (Д) и в определенной степени выводится из организма в виде выделений и экскрементов (Э). Поток энергии, проходящий через второй трофический уровень, выражается следующим образом:
А2 =П2 + Д2. (12.7)
Консументы второго порядка (хищники) не истребляют всю биомассу своих жертв. При этом из того количества ее, которое они уничтожают, только часть используется на создание биомассы их собственного трофического уровня. Остальная же часть в основном затрачивается на энергию дыхания, выделяется с экскретами и экскрементами. Поток энергии, проходящий через уровень консументов второго порядка (плотоядные), выражается формулой:
А3 = П3 + Д3. (12.8)
Подобным образом можно проследить совокупность пищевой цепи и до последнего трофического уровня. Распределив по вертикали различные затраты энергии на трофических уровнях, получим полную картину пищевой пирамиды в экосистеме (рис. 12.30).
Рис. 12.30. Пирамида энергии (из Ф. Рамада, 1981):
Е - энергия, выделяемая с метаболитами; D - естественные смерти; W —фекалии; R - дыхание
Поток энергии, выражающийся количеством ассимилированного вещества по цепи питания, на каждом трофическом уровне уменьшается или:
Пч > П2 > П3 и т.д.
Р. Линдеман в 1942 г. впервые сформулировал закон пирамиды энергий, который в учебниках нередко называют «законом 10%». Согласно этому закону с одного трофичес-когоуровня экологической пирамиды переходит на другой ее уровень в среднем не более 10% энергии.
Последующим гетеротрофам передается только 10—20% исходной энергии. Используя закон пирамиды энергий, нетрудно подсчитать, что количество энергии, доходящее до третичных плотоядных (V трофический уровень), составляет около 0,0001 энергии, поглощенной продуцентами. Отсюда следует, что передача энергии с одного уровня на другой происходит с очень малым КПД. Это объясняет ограниченное количество звеньев в пищевой цепи независимо от того или иного биоценоза.
Е. Одум (1959) в предельно упрощенной пищевой цепи - люцерна ® теленок ® ребенок оценил превращение энергии, проиллюстрировал величину ее потерь. Допустим, рассуждал он, имеется посев люцерны на площади 4 га. На этом поле кормятся телята (предполагается, что они едят только люцерну), а 12-летний мальчик питается исключительно телятиной. Результаты расчетов, представленные в виде трех пирамид: численности, биомассы и энергии (рис. 12.31 и 12.32), — свидетельствуют; что люцерна использует всего 0,24% всей падающей на поле солнечной энергии, теленком усваивается 8% этой продукции и только 0,7% биомассы теленка обеспечивает развитие ребенка в течение года*.
Рис. 12.31. Упрощенная экосистема: люцерна — телята — мальчик
(по Е. Одуму, 1959):
А — пирамида чисел; Б — пирамида биомассы; В — пирамида энергии
Е. Одум, таким образом, показал, что только одна миллионная доля приходящейся солнечной энергии превращается в биомассу плотоядного, в данном случае способствует увеличению массы ребенка, а остальное теряется, рассеивается в деградированной форме в окружающей среде. Приведенный пример наглядно иллюстрирует очень низкую экологическую эффективность экосистем и малый КПД при превращении в пищевых цепях. Можно констатировать следующее: если 1000 ккал (сут м2) зафиксирована продуцентами, то 10 ккал (сут. м2) переходит в биомассу травоядных и только 1 ккал (сут. м2) — в биомассу плотоядных.
Поскольку определенное количество вещества может быть использовано каждым биоценозом неоднократно, а порция энергии один раз, то целесообразнее говорить, что в экосистеме происходит каскадный перенос энергии (см. рис. 12.19).
Консументы служат управляющим и стабилизирующим звеном в экосистеме (рис. 12.32). Консументы порождают спектр разнообразия в ценозе, препятствуя монополии доминантов. Правило управляющего значения консументов можно с полным основанием отнести к достаточно фундаментальным. Согласно кибернетическим воззрениям, управляющая система должна быть сложнее по структуре, чем управляемая, то становится ясной причина множественности видов консументов. Управляющее значение консументов имеет и энергетическую подоснову. Поток энергии, проходящий через тот или другой трофический уровень, не может абсолютно определяться наличием пищи в нижележащем трофическом уровне. Всегда остается, как известно, достаточный «запас», так как полное уничтожение корма привело бы к гибели потребителей. Эти общие закономерности наблюдаются в рамках популяционных процессов, сообществ, уровней экологической пирамиды, биоценозов в целом.
Все темы данного раздела:
Степановских А.С.
С 79 Экология: Учебник для вузов. — М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2001. - 703 с.
ISBN 5-238-00284-Х
В учебнике излагаются главные
Степановских Анатолий Сергеевич
Доктор сельскохозяйственных наук, профессор, академик Международной академ
Краткая история экологии
Слово «экология» образовано от греч. oikos, что означает дом (жилище, местообитание, убежище), и logos — наука. В буквальном смысле экология — это наука об организмах «у себя дома».
Экологии
Экология — одна из сравнительно молодых и бурно развивающихся биологических наук. Однако проникновение экологических идей практически во все разделы биологии зачастую ставит под сом
Методы экологических исследований
После работ А. Тенсли (1935), Г. Г. Винберга (1936), В. Н. Сукачева (1942), Р. Линдемана( 1942) и понимания, что экосистема является предметом экологии, методом ее исследований явил
Определение и структура биосферы
Космический корабль Земля уникален среди планет Солнечной системы. В тонком слое, где встречаются и взаимодействуют воздух, вода и земля, обитают удивительные объекты — живые сущест
Основные компоненты геосферы Земли
Показатели
Атмосфера
Гидросфера
Литосфера
Мантия
Ядро Земли
Глубина
(толщин
Живое вещество биосферы
Длительное время считалось, что живое отличается от неживого такими свойствами, как обмен веществ, подвижность, раздражаемость, рост, размножение, приспособляемость. О
Масса живого вещества в биосфере
Подразделения биосферы
Масса,т
Сравнение
Живое вещество
Атмосфера
Гидросфера
Земная кора
2,4.10
Элементарный состав звездного и солнечного вещества в сопоставлении с составом растений и животных
Химический элемент
Содержание, %
Звездное
вещество
Солнечное
вещество
Растения
Животны
Экологии Б. Коммонера
Закон биогенной миграции атомов (В.И. Вернадского) имеет важное теоретическое и практическое значение. Миграция химических элементов на земной поверхности и в биосфере в целом или о
Организмов
Различают такие понятия, как среда и условия существования организмов.
Среда — это часть природы, окружающая живые организмы и оказывающая на них прямое или косвенно
Факторов
Экологические факторы обычно действуют не поодиночке, а целым комплексом. Действие одного какого-либо фактора зависит от уровня других. Сочетание с разными факторами оказывает замет
Излучение: свет
Свет является одним из важнейших абиотических факторов, особенно для фотосинтезирующих зеленых растений. Солнце излучает в космическое пространство громадное количество энергии. На
Спектр солнечного света
Лучи Длина волны в микрометрах (мкм)
Ультрафиолетовые 0,06-0,39
Фиолетовые 0,39-0,45
Синие 0,45-0,48
Голубые 0,48-0,50
Зеленые 0,
И животных с участием света
Фотосинтез. В среднем 1—5% падающего на растения света используется для фотосинтеза. Фотосинтез — источник энергии для всей остальной пищевой цепи.
Транспирация.
Температура
Тепловой режим — важнейшее условие существования живых организмов, так как все физиологические процессы в них возможны при определенных условиях. Главным источником тепла является солнечн
Состав атмосферы и температура на планетах
Содержание газов
в атмосфере, %
Марс
Венера
Земля без
жизни
Земля
Двуокись углерода
Температурный диапазон активной жизни на Земле, °С
Среда жизни
Максимум
Минимум
Амплитуда
Суша
Моря
Пресные воды
35,6
Устойчивостью к температуре
Стенотермные теплолюбивые
Стенотермные холодолюбивые
Рачок Thermosbaena mirabilis живет при температуре 45-48°С и погибает, если
Оптимальные температуры для выращивания растений
Растение
Температура, °С
Дневная
Ночная
Фиалка африканская
Петуния
Цинния
Лев
Влажность
Вода. В жизни организмов вода выступает как важнейший экологический фактор. Без воды нет жизни. Живых организмов, не содержащих воду, на Земле не найдено. Она является основной частью про
Адаптации к засушливым условиям у растений и животных
(по Н. Грину и др., 1993)
Адаптация
Примеры
Уменьшение потери воды
Листья превр
И влажности
Рассмотрение отдельных факторов среды — это не конечная цель экологического исследования, а способ подойти к сложным экологическим проблемам, дать сравнительную оценку важности р
Атмосфера
Как уже было отмечено ранее, наша планета Земля отличается от других планет наличием воздушной оболочки, атмосферы, атмосферного воздуха. Атмосферный воздух — смесь различных газов.
Топография
Топография (рельеф) относится к орографическим факторам и тесно связана с другими абиотическими факторами, хотя и не принадлежащими к таким прямодействующим экологическим факторам, как св
Прочие физические факторы
К прочим физическим факторам, окружающим живые организмы на Земле, относят главным образом атмосферное электричество, огонь, шум, магнитное поле Земли, ионизирующие излучения.
Инверсия магнитного пола Земли за последние 600 тыс. лет
(по Е. М. Филиппову, 1990)
Европейская шкала (по данным различных авторов), тыс. лет
Шкала Конг Юсуци (по данным анализа Керна
ОСНОВНЫЕ СРЕДЫ ЖИЗНИ
На нашей планете живые организмы в ходе длительного исторического развития освоили четыре среды жизни, которые распределились соответственно минеральным оболочкам: гидросфера, литос
Водная среда жизни
Общая характеристика. Гидросфера как водная среда жизни занимает около 71% площади и 1/800 часть объема земного шара. Основное количество воды, более 94%, сосредоточено в морях и о
Потребность в кислороде у различных видов пресноводных рыб
Потребность в кислороде (cм2/л)
Виды рыб
7—11
5—6
4 0,5
Виды рыб холодных и быстрых
Наземно-воздушная среда жизни
Общая характеристика. В ходе эволюции наземно-воздушная среда была освоена значительно позднее, чем водная. Жизнь на суше потребовала таких приспособлений, которые
Условия обитания организмов воздушной и водной среды
(по Д. Ф. Мордухай-Болтовскому, 1974)
Условия
обитания
Значение условий для организмов
воздушной сред
Почва как среда жизни
Общая характеристика. Почва— основа природы суши. Можно до бесконечности поражаться самому факту, что наша планета Земля единственная из известных планет, которая имеет удивительну
Живые организмы как среда жизни
В течение всей жизни или части жизненного цикла многие виды гетеротрофных организмов обитают в других живых организмах, тела которых служат для них средой, значительно отличающейся
БИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В отличие от абиотических факторов, охватывающих всевозможные действия неживой природы, биотические факторы — это совокупность влияний жизнедеятельности одних организмов на други
Гетеротипические реакции
Клементс и Шелфорд (1939) взаимодействиям между различными организмами, населяющими данную среду, дали название коакций. Коакции подразделили на два типа.
Гомотип
Типы коакций, существующих между разными видами
(по Р. Дажо, 1975)
Типы коакций
Виды, живущие совместно
Виды, живущие раздельно
А
Зоогенные факторы
Живые организмы живут в окружении множества других, вступают с ними в разнообразные отношения как с отрицательными, так и положительными для себя последствиями, а в итоге не могут с
Прямые (контактные) взаимодействия между растениями.
Примером механического взаимодействия является повреждение ели и сосны в смешанных лесах от схлестывающего действия березы. Раскачиваясь от ветра, тонкие ветви березы ранят хвою ели,
Антропогенные факторы
Действие человека как экологического фактора в природе огромно и чрезвычайно многообразно. В настоящее время ни один из экологических факторов не оказывает столь существенного и все
БИОЛОГИЧЕСКИЕ РИТМЫ
Одно из фундаментальных свойств живой природы — это цикличность большинства происходящих в ней процессов. Между движением небесных тел и живыми организмами на Земле существует связь
Внешние ритмы
Внешние ритмы имеют географическую природу, связаны с вращением Земли относительно Солнца и Луны относительно Земли (рис. 7.2).
Внутренние, физиологические, ритмы
Внутренние, физиологические, ритмы возникли исторически. Ни один физиологический процесс в организме не осуществляется непрерывно. Обнаружена ритмичность в процессах синтеза ДНК и Р
Биологические часы
Циркадные и суточные ритмы лежат в основе способности организма чувствовать время. Механизм, ответственный за такую периодическую активность — будь то питание или размножение, — пол
Фотопериодизм
Фотопериод, или продолжительность дня, являющийся важнейшей характеристикой светового режима, неодинаков в течение года. Длина дня небезразлична для живых организмов. Это нашло отра
Понятие «жизненная форма» организма
Организмы и среда, в которой они обитают, находятся в постоянном взаимодействии. В результате возникает поразительное соответствие систем: организма и окружающей среды. Это соответс
Жизненные формы растений
Понятие о «жизненной форме» как совокупности приспо-собителъных признаков впервые ввел в 1884 г. один из основоположников экологии растений, датский ботаник Е. Варминг. По ег
Основные группы жизненных форм животных
(по Д. Н. Кашкарову, 1945)
I
1.
2.
а)
II.
1.
2.
III
1,
2.
3.
IV.
V.
Понятие о популяции
В природе каждый существующий вид представляет сложный комплекс или даже систему внутривидовых групп, которые охватывают в своем составе особей со специфическими чертами строения, ф
Морфологические и экологические особенности в популяций
Популяции
Морфологические особенности
Экологические ' особенности
Камчатская
Амурская
Енисейск
Величина радиуса индивидуальной активности животных
и растений (по А. В. Яблокову, А. Г. Юсуфову, 1976)
Вид
Радиус активности
Виноградная улитка (Helixpoma
Численность и плотность популяций
Основными показателями структуры популяций является численность и распределение организмов в пространстве и соотношение разнокачественных особей. В связи с размерами ареала популяци
Рождаемость и смертность
Динамика численности и плотности популяций находится в тесной зависимости от рождаемости или плодовитости и смертности.
Рождаемость — это способность популяции к уве
Возрастная структура популяции
Рождаемость и смертность, динамика численности напрямую связаны с возрастной структурой популяции. Популяция состоит из разных по возрасту и полу особей. Для каждого вида, а иногда
Периоды и возрастные состояния в жизненном цикле растений
(по Н. М. Черновой, А. М. Быловой, 1988)
Периоды
Возрастные состояния особей
Принятое обозначение
Половой состав популяции
Генетический механизм определения пола обеспечивает расщепление потомства по полу в отношении 1:1, так называемое соотношение полов. Но из этого не следует, что такое же соотношение
Генетические процессы в популяциях
Начало генетического изучения популяций положила работа В. Иогансена «О наследовании в популяциях и чистых линиях», опубликованная в 1903 г., где экспериментальным путем была доказа
Рост популяций и кривые роста
Если рождаемость в популяции превышает смертность, то популяция, как правило, будет расти. С увеличением плотности скорость роста популяции постепенно снижается до нуля. При нулевом
Внутривидовые взаимоотношения
Многообразное население популяции постоянно взаимодействует между собой. Удовлетворение потребностей в питании, распределении кормовых угодий, выбор места для постройки гнезда, спар
Межвидовые взаимоотношения
Они могут быть безразличными, вредными или полезными для партнеров. При нейтрализме оба вида живут на одной территории, не вступая в отношения друг с другом, например, дятлы
Гомеостаз популяций
В природе численность популяций испытывает колебания. В связи с размерами ареала популяций может значительно изменяться и численность особей в популяциях. Так, у насекомых и мелких
ПОКОЛЕНИЯ
Рис. 10.17. Сопротивление среды (гго Б. Небелу, 1993)
Сопротивление среды сильнее всего действует на молодых особей, больше других страдающих от нападения хищников, болезней, недостатка во
Экологические стратегии популяций
Приспособления особей в популяции в конечном счете направлены на повышение вероятности выживания и оставление потомства. Среди приспособлений выделяется комплекс, называемый экологи
Понятие о биоценозе
Многообразные живые организмы встречаются на Земле не в любом сочетании, а в процессе совместного существования образуют биологические единства сообщества, или биоценозы.
Видовая структура биоценоза
Пространственная структура биоценоза
Пространственная структура биоценоза определяется прежде всего сложением его растительной части — фитоценоза, распределением наземной и подземной массы растений. Заселение организма
Отношения организмов в биоценозах
Разнообразные формы биотических отношений, в которые вступают те или иные виды в биоценозе (конкуренция, комменсализм, мутуализм, хищник-жертва и др.), определяют основные условия и
Экологические ниши
Экологической нишей называют положение вида, которое oi занимает в общей системе биоценоза, комплекс его биоценотических связей и требований к абиотическим факторам среды. Экологич
Экологическая структура биоценоза
Биоценозы слагаются из определенных экологических групп организмов, выражающих экологическую структуру сообщества. Экологические группы организмов, занимая сходные экологические ниш
Пограничный эффект
Важнейшим признаком структурной характеристики биоцено-зов является наличие границ сообществ. Вместе с тем следует отметить, что они весьма редко бывают четкими. Как правило, соседн
Понятие об экосистемах
Живые организмы и их неживое (абиотическое) окружение неразделимо связаны друг с другом, находятся в постоянном взаимодействии. Любая единица (биосистема), включающая все совместно
Зональность макроэкосистем
Изучение географического распределения экосистем может быть предпринято только на уровне крупных экологических единиц — макроэкосистем, которые рассматриваются в континентальном мас
Структура экосистем
Как уже было отмечено ранее, в каждой экосистеме два основных компонента: организмы и факторы окружающей их неживой среды. Совокупность организмов (растений, животных, микробов) наз
Солнце как источник энергии
Первоисточником энергии для экосистем служит Солнце. Поток энергии по данным Т.А. Акимовой, В.В. Хаскина (1994), посылаемый солнцем к планете Земля, превышает 20 млн ЭДж в год. Из-з
Круговороты веществ
Солнечная энергия на Земле вызывает два круговорота веществ: большой, или геологический, наиболее ярко проявляющийся в круговороте воды и циркуляции атмосферы, и малый, биологически
Индекс интенсивности биологического круговорота
Тип экосистемы
Индекс скорости круговорота
Заболоченные леса
Кустарничковые тундры
Темнохвойные леса
Широколиственные леса
Поток энергии в экосистемах
Поддержание жизнедеятельности организмов и круговорот вещества в экосистемах, т. е. существование экосистем, зависит от постоянного притока энергии, необходимой всем организмам для
Продуктивность экосистем
Продуктивность экосистем тесно связана с потоком энергии, проходящим через ту или иную экосистему. В каждой экосистеме часть приходящей энергии, попадающей в трофическую сеть, накап
Динамика экосистем
Сложение экосистем — динамический процесс. В экосистемах постоянно происходят изменения в состоянии и жизнедеятельности их членов и соотношении популяций. Многообразные изменения, п
Биосфера как глобальная экосистема
Биосфера является глобальной экосистемой. Как уже было отмечено ранее, биосфера расчленена на геобиосферу, гидробиосферу и аэробиосферу. Геобиосфера имеет подразделени
Эволюция биосферы
Э. И. Колчинский (1988) в эволюции биосферы выделяет следующие тенденции: постепенное увеличение общей ее биомассы и продуктивности; прогрессивное накопление аккумулированной солнеч
Ноосферу — сферу разума
С появлением человеческого общества, под влиянием которого в современных условиях происходит дальнейшая эволюция биосферы, приводит к изменению качественного состава самой биосферы,
Понятие природы, природных ресурсов
Природа. В широком смысле природа — это весь материально-энергетический и информационный мир Вселенной. Природа — совокупность естественных условий существования человеческого общества, н
Рост народонаселения
Нами ранее был рассмотрен вопрос о том, что человечество является частью биосферы, продуктом ее эволюции (глава 12.11). Однако взаимоотношения человека и природных сообществ никогда
Антропогенный материальный баланс
За последние сто лет произошли два важных сдвига. Во-первых, резко увеличилась численность населения Земли. Во-вторых, еще более резко выросло промышленное производств
Ресурсные циклы
Ресурсные циклы на основе использования возобновимых природных богатств
Ресурсные циклы на основе использования полезных ископаемых
Мировые запасы топливно-энергетических ресурсов
Вид топлива
Геологические ресурсы
Разведанные извлекаемые ресурсы
Уголь, млрд т
Нефть, млрд т
Природный газ, трл
Потоки энергии и круговороты веществ
Всеми отраслями человеческого хозяйства ежедневно добывается поч чти 300 млн. тонн веществ и материалов, сжигается около 30 млн т топлива, используется 2 млрд м3 воды и 6
Воздействий
На интенсивность использования природных ресурсов и тесно связанное с нею состояние окружающей среды в современную эпоху объективно влияют две группы факторов: первая — научн
И экологические катастрофы
Нерациональное природопользование является причиной экологических кризисов и экологических катастроф. Экологический кризис — это обратимое изменение равновесного состояния пр
Среды. Виды загрязнителей
Под загрязнением окружающей среды понимают любое внесение в ту или иную экологическую систему не свойственных ей живых или неживых компонентов, физических или структурных изменений, прерывающ
Окружающей среды
При абстрактном подходе все проблемы окружающей среды можно свести к человеку, сказать, что любое отрицательное воздействие на окружающую среду исходит от человека — субъекта хозяйс
На разных видах топлива, г/кВт/ч
Выброс
Вид топлива
каменный уголь
бурый уголь
мазут
природный газ
Катастрофы
Серьезными факторами дестабилизации среды жизни человека становятся техногенные аварии и природные катастрофы. Многие ученые, специалисты указывают на усиление связи между ни
Экологическая ситуация
Экологическая ситуация — это локальное или региональное ухудшение окружающей среды, например, загрязнение вод, воздуха, деградации почв и т. д., рассматриваемое как общественно неоправданное
Регионы Российской Федерации с очень острой экологической
ситуацией (по состоянию на 1991 г.)
Регион
Экологические проблемы, вызванные
антропогенным воздействием
Структура и состав атмосферы
Атмосфера — газообразная оболочка планеты, состоящая из смеси различных газов, водных паров и пыли. Через атмосферу осуществляется обмен вещества Земли с Космосом. Земля получает космичес
Атмосферного воздуха
Проблема чистоты атмосферы не нова. Она возникла вместе с появлением промышленности и транспорта, работающих на угле, а затем на нефти. В течение практически двух столетий задымлени
Последствия загрязнения атмосферы
Атмосфера Земли постоянно циркулирует: поднимающийся вверх теплый воздух у экватора замещается холодными воздушными потоками, движущимися от полюсов. Направление ветра зависит от ве
Загрязнений атмосферного воздуха
Из всего сказанного выше очевидно, какое большое значение приобретают работы по очистке воздуха и его охране. Этими вопросами занимаются во всех странах с развитой промышленностью,
Основные сведения о гидросфере
Гидросфера — это совокупность всех вод Земли: материковых (глубинных, почвенных, поверхностных), океанических, атмосферных. Как особая водная оболочка Земли, здесь рассматриваются лишь во
Распределение водных масс в гидросфере Земли
(по М. И. Львовичу, 1986)
Части гидросферы
Объем
(в тыс. км3)
% от общего объема
Роль воды в природе и жизни человека
Когда мы хотим подчеркнуть ценность чего-либо, мы обычно сравниваем с золотом. Белым золотом называют хлопок, зеленым — лес, черным — нефть. Величайшее богатство земли — хлеб — полу
Запасы пресной воды
Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% общего объема гидросферы, или примерно 28,25 млн км3 (табл. 15.
Использование водных ресурсов
Мы ошибочно полагали, что в распоряжении человечества находятся неисчерпаемые запасы пресной воды и что они достаточны для всех нужд. Следует повторить еще раз, что это было глубоки
Источники загрязнения воды
Источник, вносящий в поверхностные или подземные воды различные вредные вещества, микроорганизмы или тепло, называется источником загрязнения, вещество, нарушающее нормы качества воды, —
Натр, а также с бумажных фабрик
Рис. 15.7. Загрязнение озера ртутью (по П. Ревелль, Ч. Ревелль, 1995)
Возможность этих двух процессов — трансформации веществ в окружающей среде и избирател
Меры по очистке и охране вод
Вода обладает чрезвычайно ценным свойством непрерывного самовозобновления под влиянием солнечной радиации и самоочищения. Оно заключается в перемешивании загрязненной воды со всей е
И жизни человека
Растения являются первоисточником существования, процветания и развития жизни на Земле и в первую очередь благодаря их свойству осуществлять фотосинтез. Фотосинтез протекает практич
Растительность
Человек своей деятельностью оказывает огромное влияние на растительность, как положительное, так и отрицательное. Как объект охраны растительность можно разделить на водную, почвенн
Лес — важнейший растительный ресурс
Лес входит в состав разнообразного растительного мира и представляет особую ценность. Это природный комплекс, состоящий из древесных растений одного или многих видов, растущих близк
Лес и деятельность человека
В процессе эволюции общества менялись характер и масштабы воздействия человека на лес, как и на природу в целом. Ученые полагают, что уже на стадии собирательства, охоты и рыболовст
Гибель лесных насаждений России в 1991 году
Причины гибели
Площадь, тыс. га
Всего
в т. ч. от:
- неблагоприятных погодных условий
- лесных пожаров
- повреждений вредн
Лес и туризм
С давних времен лес всегда привлекал к себе большое количество охотников, сборщиков ягод и грибов и просто желающих отдохнуть. С развитием в нашей стране массового туризма количеств
Меры по охране растительности
Растительные ресурсы планеты колоссальны и могут обеспечить существование значительно большего, чем в конце XX в. людей, домашних и диких животных, если эти ресурсы использовать раз
И редких видов растений
На территории России встречается множество растений, обладающих разнообразными полезными свойствами. Использование их в практических целях еще далеко не полно. Достаточно отметить,
И жизни человека
Животный мир представляет собой важную часть биосферы нашей планеты. Вмест
Животных, причины их вымирания
Органические остатки и другие доказательства свидетельствуют о том, что на Земле за прошедшие 500 млн лет произошло пять или шесть катастрофических вымирании преимущественно многочи
Меры по охране животных
В прошлом, когда влияние человека на численность и многообразие животных было значительно меньше, чем в наше время, охрана животных могла осуществляться и на основе интуитивных знан
Продовольственных ресурсов
Человек в сельскохозяйственной деятельности, используя земельные, водные, растительные, животные и энергетические ресурсы, обеспечивает себя в первую очередь пищей, оказывая на прир
Равновесие в природе
В течение многих веков человеку, созерцающему сельский пейзаж, казалось, что он приобщается к чему-то незыблемому, вечному. Это приносило ощущение спокойствия, умиротворения, незыбл
И биопродуктивность агроэкосистем
Ранее нами было рассмотрено (глава 4.1), что каждую минуту на 1 см2 верхнего слоя земной атмосферы поступает 2 калории солнечной энергии — так называемая солнечная пос
Агроэкосистемах
Составными частями агроэкосистемы являются сельскохозяйственные угодья, на которых выращиваются зерновые, пропашные, кормовые и технические культуры, а также луга и пастбища. Основн
Агроэкосистем
В конце XX в. наиболее широкое распространение получило следующее определение ландшафта. Ландшафт — это имеющий естественные границы участок зеленой поверхности, в пределах котор
Основные показатели потенциала возобновимых ресурсов по некоторым типам равнинных ландшафтов европейской части России
(по Н. Ф. Винокуровой и др., 1994)
Типы ландшафтов
Годовая солнечная радиация МДД, С/м2
Сумма активных
В агроэкосистемах
Известно, что естественные экосистемы проявляют значительное однообразие в общей реакции на случайные природные стрессы (действие низких температур, затопление, пожары, эпифитотии в
Интенсификации земледелия
Продуктивность сельскохозяйственных культур зависит от многих факторов. Часть из них, таких, как температурный режим, солнечная радиация, не регулируются человеком в открытом поле,
Проблема охраны земельных ресурсов
Процессы и явления, снижающие почвенное плодородие, разрушающие земельные ресурсы страны, уменьшающие площадь сельскохозяйственных земель, с некоторой условностью можно разделить на
Альтернативное земледелие
Отрицательные последствия интенсификации земледелия способствовали развитию с начала 60-х гг. XX в. за рубежом, а в дальнейшем и нашей стране, альтернативного земледелия, которое ча
Рекультивация земель
Земли, на которых в результате хозяйственной деятельности изменены гидрологический режим и рельеф местности, разрушен и загрязнен почвенный покров, уничтожена растительность, называ
В агроэкосистемах
Луга и пастбища относятся к естественным кормовым угодьям. Термином «пастбище» называют кормовое угодье, которое используется для выпаса стад сельскохозяйственных животных. Луг или
Среда жизни человека
Для обозначения совокупности экологических условий широко используются понятия «окружающая среда» и «среда обитания». При этом прежде всего подразумевается среда жизни человека.
Потребности человека
Потребности человека вытекают из его биосоциальной структуры. Ученые (Н.Ф. Реймерс, 1994 и др.) считают, человек не сводим ни к биологическому, ни к социальному. Индивидуум (личност
Среды на здоровье людей
Многие годы не существовало общепринятого представления о количественной связи между загрязнением окружающей среды и состоянием здоровья населения.
В 70-х гг. XX в., по дан
Число случаев на 100 тыс. человек
Город
Заболевание
Архангельск
Злокачественные новообразования
Болезни ко
Число умерших на 100 тыс. человек) за 1990—1994 гг.
Причины смерти
1994 (оценка)
Инфекционные и паразитарные болезни
Злокач
Экологический риск
Большое принципиальное значение критических ситуаций, связанных с угрозой безопасности, здоровью, жизни людей со стороны факторов среды, считают Т.А. Акимова, В.В. Хаскин (1994), им
Человек—природа
Ход исторических связей между природой и человеком по Н.Ф. Реймерсу (1994) приводит к одновременным переменам в природе и в формах хозяйства. Формы хозяйства, меняясь вследствие зат
Пути решения экологических проблем
Сбалансированное развитие человечества — путь к решению современных экологических проблем. Сбалансированное развитие, Международная комиссия по охране окружающей среды и развитию О
Курортные и лечебно-оздоровительные зоны
Экономический район
Число курортов
Лечебный профиль
Северо-Кавказский
Б, К, Г
Нормативы охранных зон природных объектов
Объекты
Расстояние от сохраняемых объектов, км
до зоны промышленных предприятий различных классов санитарной вредности
Международное сотрудничество
Международное сотрудничество в решении глобальных проблем взаимодействия общества и природы является объективной потребностью эпохи, условием существования и прогресса человечества.
И просвещение
Экологическое воспитание и просвещение (формальное и неформальное образование в области окружающей среды) — это формирование у человека сознательного восприятия окружающей природной среды
Прогнозирование
Человечество издревле стремилось узнать будущее. Египетские жрецы, оракулы Древней Греции и Рима, средневековые гадалки и астрологи, первые ученые-прогнозисты — от социальных утопис
Использование территории США
Природные ресурсы,
млн га
Годы
Л
В решении экологических проблем
Надорганизменные системы (популяции, биоценозы, экосистемы, биосфера), изучаемые экологией, чрезвычайно сложны. В них возникает большое количество взаимосвязей, сила и постоянство к
Экологический мониторинг
Экологический мониторинг — это система наблюдений, оценки и прогноза, позволяющая выявить изменение состояния окружающей среды под влиянием антропогенной деятельности.
Термин «мо
Система наземного мониторинга окружающей среды
(по И. П. Герасимову, 1981 г.)
Блок мониторинга
Объекты
мониторинга
Характеризуемые показатели
Служ
Оценка качества окружающей среды
Важным направлением мониторинговых исследований является оценка качества окружающей среды.
Качество окружающей среды — это степень соответствия природных условий физ
Веществ в окружающей среде
Определяющее значение для контроля и управления качеством окружающей среды имеют гигиенические нормативы, направленные в первую очередь на профилактику неблагоприятного воздействия
И паспортизация
Экологическая аттестация и паспортизация служат для документального описания эколого-экономических характеристик объектов природоохранной деятельности: территорий, территориально-пр
Экологическая экспертиза
При осуществлении мероприятий, связанных с воздействием на окружающую среду, природные экосистемы, здоровье людей, необходимо заранее, на уровне предпроектной или проектной документ
Предельно допустимая концентрация загрязняющих веществ
(ПДК) — количество вредного вещества в окружающей среде, отнесенное к массе или объему ее конкретного компонента, которое при постоянном контакте или при воздействии в отдельный промежуток времени
Жуков А. И., Монгайт И. Л., Родзиллер И. Д. Методы очистки производственных сточных вод. — М.: Стройиздат, 1977. — 208 с.
Журавлев В. П. и др. Охрана окружающей среды в строительстве. — М.: Изд-во АСВ, 1995. — 328 с.
Заповедники СССР: Справочник/ Под ред. А. М. Бородина. — М.
Лаптев И. П. Сельское хозяйство и охрана природы. — М.: Колос, 1982. — 214 с.
Лархер В. Экология растений. — М.: Мир, 1978. — 384 с.
Ласкорин Б. Н. и др. Безотходные технологии в промышленности. — М.: Стройиздат, 1986. — 160 с.
CОДЕРЖАНИЕ
ПРЕДИСЛОВИЕ.. 4
1. ВВЕДЕНИЕ. ПРЕДМЕТ ЭКОЛОГИИ.. 5
1.1. Краткая история экологии.. 5
1.2. Содержание, предмет и задачи экологии.. 16
1.3. Взаимосв
ЭКОЛОГИЯ
Оригинал-макет изготовлен в
"ИЗДАТЕЛЬСТВЕ ЮНИТИ-ДАНА"
Художник А.В. Лебедев
Лицензия ИД № 03562 от 19.12.2000
По
Новости и инфо для студентов