Автор работы: Пользователь скрыл имя, 20 Июня 2014 в 21:22, контрольная работа
Экология – один из сравнительно молодых и бурно развивающихся разделов биологии – изучает взаимоотношения организмов между собой и со средой обитания. Взаимодействие организмов со средой рассматривает каждая биологическая наука. Экология затрагивает лишь ту его сторону, которая обусловливает развитие, размножение и выживание особей, структуру и динамику популяций, и сообществ.
На определённом этапе развития наших представлений о природе произошло идейное сближение экологии с другими биологическими, да и не только биологическими, науками. Особенно тесные связи установились между экологией и физиологией. В результате выделилось и успешно развивается новое направление – экологическая физиология.
По современным представлениям, экосистема как основная структурная единица биосферы — это взаимосвязанная единая функциональная совокупность живых организмов и среды их обитания, или уравновешенное сообщество живых организмов и окружающей неживой среды. В этом определении подчеркнуто наличие взаимоотношений, взаимозависимости, причинно-следственных связей между биологическим сообществом и абиотической средой, объединение их в функциональное целое. Биологи считают, что экосистема — совокупность всех популяций разных видов, проживающих на общей территории, вместе с окружающей их неживой средой.
В.Н. Сукачевым (1972) в качестве структурной единицы биосферы предложен биогеоценоз. Биогеоценозы — природные образования с четкими границами, состоящие из совокупности живых существ (биоценозов), занимающих определенное место. Для водных организмов — это вода, для организмов суши — почва и атмосфера.
Понятия «биогеоценоз» и «экосистема» до некоторой степени однозначны, но они не всегда совпадают по объему. Экосистема — широкое понятие, экосистема не связана с ограниченным участком земной поверхности. Это понятие применимо ко всем стабильным системам живых и неживых компонентов, где происходит внешний и внутренний круговорот веществ и энергии. Так, к экосистемам относятся капля воды с микроорганизмами, аквариум, горшок с цветами, аэротенк, биофильтр, космический корабль. Биогеоценозами же они не могут быть. Экосистема может включать и несколько биогеоценозов (например, биогеоценозы округа, провинции, зоны, почвенно-климатической области, пояса, материка, океана и биосферы в целом). Таким образом, не каждую экосистему можно считать биогеоценозом, тогда как всякий биогеоценоз является экологической системой.
Масштабы экосистем различны: микросистемы (например, болотная кочка, дерево, покрытый мхом камень или пень, горшок с цветком и т.п.), мезоэкосистемы (озеро, болото, песчаная дюна, лес, луг и т.п.), макроэкосистемы (континент, океан и т.п.). Следовательно, существует своеобразная иерархия макро-, мезо- и микросистем разных порядков.
Биосфера — экосистема высшего ранга, включающая, как уже было отмечено, тропосферу, гидросферу и верхнюю часть литосферы в пределах «поля» существования жизни. Она имеет громаднейшее разнообразие сообществ, в структуре которых обнаруживаются сложные сочетания растений, животных и микроорганизмов с разными способами жизни.
Для наземных экосистем установлена следующая иерархия: биосфера — экосистема суши — климатический пояс — биоклиматическая область — природная ландшафтная зона — природный (ландшафтный) округ— природный (ландшафтный) район — природный (ландшафтный) подрайон — биогеоценотический комплекс — экосистема. Экосистемы, измененные деятельностью человека, называют агроэкосистемами (полезащитные лесные полосы, поля, занятые сельскохозяйственными культурами, сады, огороды, виноградники и др.). Их основой являются культурные фитоценозы — многолетние и однолетние травы, зерновые и другие сельскохозяйственные культуры. Они получают дополнительную энергию в виде обработки почвы, внесения удобрений, поливных вод, пестицидов и от других мелиорации, что существенно преобразует почвы, изменяет видовой состав, структуру флоры и фауны. В результате взамен устойчивых экосистем формируются менее устойчивые. Дотации энергии новым агроэкосистемам, возможности мелиорации природных экосистем должны основываться на нормах соотношения пашни, лугов, леса и вод в соответствии с почвенно-климатическими и хозяйственными условиями, а также на законах, правилах и принципах экологии.
Литература:
2. Энергетика экосистемы: движение вещества, энергии и информации.
Экологические пирамиды и их виды.
Экосистема включает в себя все живые организмы, совместно функционирующие на какой-либо конкретной территории, а также из компонентов неживой природы, определяющих характер местности, в которой расположена экосистема. Организменная часть экосистемы взаимодействует с ее неживыми составляющими, в результате чего под воздействием энергии, притекающей извне, происходит круговорот веществ между живой и неживой частями экосистемы и складывается ее внутренняя структура. Экосистема — основная функциональная и структурная единица живой природы, носитель ее элементарных свойств.
В любой экосистеме следует выделить несколько составляющих ее компонентов. Первый из них — неорганические вещества (углерод, кислород, азот, углекислый газ, вода и т.д.). Затем следуют органические соединения (белки, липиды (жиры), углеводы и др.), являющиеся связующим звеном между живой (биотической) и неживой (абиотической) частями экосистемы. К важным ее элементам относятся и физические факторы абиотической среды (температура, влажность, давление и др.). Биотическая часть экосистемы состоит из живых организмов, подразделяющихся на три основные категории:
1) Продуценты — организмы, поддерживающие свою жизнедеятельность, путем производства из неорганических веществ органические при помощи химической реакции фотосинтеза, для осуществления которой необходим приток световой энергии.
2) Консументы — живые существа, поедающие другие организмы или частицы органического вещества и, таким образом, обеспечивающие себя необходимой энергией.
3) Редуценты — организмы, питающиеся останками растений и животных (т.е. органическим веществом) и разлагающие их до простых минеральных веществ, которые могут легко усваиваться продуцентами.
Первые три вышеназванных компонента представляют собой абиотическую составляющую экосистемы, последние же три являются ее организменной частью. Причем продуценты называют автотрофами, так как они самостоятельно вырабатывают органическое вещество, а консументы и редуценты относятся к гетеротрофам, то есть к организмам, потребляющим готовое органическое вещество. Продуценты, консументы и редуценты образуют собой так называемую биомассу. Совокупность всех шести данных элементов складывают собой структуру экосистемы.
Одно из определений энергии характеризует ее, как общую количественную меру движения и взаимодействия всех видов материи, благодаря чему все явления природы связаны воедино. Изменение энергии какой — либо системы происходит при совершении работы. Иными словами, энергия — это способность совершать работу. Свойства энергии описываются первым и вторым законами термодинамики.
Первый закон термодинамики сводится к следующему утверждению: энергия может переходить из одной формы в другую, но она не исчезает и не создается заново. Данный закон называют также законом сохранения энергии. Этому закону подчиняются все известные процессы в природе.
Второй закон термодинамики гласит: поскольку некоторая часть энергии всегда рассеивается в виде недоступной для использования тепловой энергии, эффективность самопроизвольного превращения кинетической энергии в потенциальную всегда меньше 100%. Количественная мера энергии, которая становится недоступной для использования, называется энтропией. Способность создавать и поддерживать высокую степень внутренней упорядоченности, то есть состояние с низкой энтропией — важнейшая характеристика экосистемы. Подводя итог вышесказанному, необходимо отметить, что экосистемы представляют собой открытые неравновесные термодинамические системы, постоянно обменивающиеся с внешней средой веществом и энергией. При этом они уменьшают энтропию внутри себя, но увеличивают ее снаружи, в соответствии с законами термодинамики. Следовательно, энергетика экосистемы — это непрерывный процесс, в ходе которого энергия поступает в экосистему извне, подвергается преобразованию в ней и выделяется из нее.
Экологическая пирамида – графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме, которое выражается в единицах массы (сырой биомассы – пирамида биомасс), в числе особей (пирамида чисел Элтона) или заключенной в особях энергии (пирамида энергий). В наземных экосистемах количественные показатели продуцентов на единицу площади выше, чем консументов, консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка, и т.д., поэтому графическая модель, где каждый компонент выражен в виде прямоугольника, имеет вид пирамиды, широким основанием повернутой к потоку энергии, идущему от Солнца. Если те же показатели выразить в глобальном числе видов (или особей) по горизонтали, а их биомассу по вертикали и придать этим прямоугольникам форму цилиндров, то получится экологический «волчок жизни», смысл которого заключается в том, что консументы служат «балансиром» (управляющим звеном) в экосистеме, обеспечивающим надежность ее работы (подобно устойчивости заведенного волчка).
С помощью экологических пирамид можно изучать изменения, происходящие в экосистемах, а также взаимоотношения видов. В экологической пирамиде каждый прямоугольник означает определенный трофический уровень. Экологические пирамиды бывают трех типов:
1) Пирамиды численности - показывают количество особей на каждом уровне. Такие пирамиды удобны тем, что для их создания требуется только подсчет особей. Но неудобство этих пирамид в том, что могут возникать перевернутые пирамиды в цепях паразитов.
2) Пирамиды биомассы - показывают общую массу особей на каждом уровне на данный период. Такие пирамиды составлять труднее, и они тоже могут быть перевернутыми, т.к. одинаковое количество биомассы разных видов может синтезировать различное количество энергии.
3) Пирамиды энергии - отображают скорость синтеза энергии на каждом трофическом уровне. Они являются фундаментальными пирамидами, т.к. не бывают перевернутыми, но для их составления требуется много данных.
Литература:
3. Динамика экосистем:
линейные и циклические
Несмотря на то, что многие экологи не склонны относить экосистемы к «сверхорганизмам», между развитием экосистем и развитием живых организмов имеется множество параллелей. Как и любые организмы, экосистемы рождаются, старятся и умирают, точнее, структурно перестраиваются или замещаются другими экосистемами. Выявлена масса закономерностей протекания этих процессов, которые своей повторяемостью свидетельствуют о наличии достаточно однозначных «программ» развития экосистем в том или ином регионе.
Как уже не раз отмечалось, ход развития определяется совокупностью факторов среды. В одинаковых условиях развиваются одинаковые по структуре экосистемы. Это своего рода давление надсистемы на эволюционирующую экосистему (макроуровень). Кроме того, следует учесть и характер законов природы, «зашитых» в формах организации материи, из которых строится экосистема, лежащих в основе всех механизмов природных явлений (микроуровень). Кто-то склонен переоценивать роль надсистемы в эволюции подсистем, считая, что развитие подсистем целиком подчинено требованиям более высокоуровневой организации (холистический подход). Кто-то, наоборот, категорически отрицает роль каких-либо надсистем, сводя всю динамику экосистем к механизмам межвидовых и внутривидовых отношений, генетической изменчивости, к борьбе за выживание и т.п. (редукционистский подход). Ни тот ни другой путь не дает полного понимания происходящих процессов, о чем свидетельствует бесконечный спор между сторонниками обеих концепций (аналогично спору между идеалистами и материалистами в философии).
Любая экосистема постоянно находится в состоянии динамики (изменений), вызванной как изменением факторов среды, то есть внешними возмущениями, так и внутренними процессами. При этом удобно различать циклическую динамику и поступательную. К разряду циклической динамики можно отнести:
1) суточную динамику, связанную с изменением активности растений и животных в течение суток: изменения в фотосинтезе, транспирации (испарение воды с поверхности листьев), у животных это смена периодов активности и сна и т.п.;
2) сезонную динамику (смена периодов вегетации и покоя), связанную с сезонными колебаниями: смена времен года, периодов дождей и засухи, муссонная периодичность и т.п.;
3) многолетнюю цикличность, вызванную, например, периодичностью солнечной активности (период порядка 10-11 лет), или же какими-то другими колебаниями с многолетним периодом, например, цикл Эль-Ниньо, который приводит к усилению ураганов, обрушивающихся на Южную Америку с периодичностью 5-7 лет, и т.п.
Особого внимания заслуживает поступательная динамика экосистем, или развитие. Обычно развитие сопровождается последовательным рядом изменений видовой и трофической структур экосистемы, всей ее организации, что позволяет даже говорить о последовательной смене экосистем, поэтому данный процесс называется сукцессией (от латинского слова сукцессио - преемственность, наследование). В зависимости от причин сукцессии различают экзодинамические (от греческого слова эксо - снаружи) сукцессии, вызванные внешними по отношению к данной экосистеме факторами, и эндодинамические (от греческого слова эндон - внутри) сукцессии, вызванные внутренними механизмами экосистемы (в теории управления различают вынужденную и свободную составляющие динамического процесса, которые соответствуют двум видам сукцессии экосистем).
Литература:
Тема 5. Учение о биосфере.
1. Понятие «биосфера».
Пространственные границы
Биосфера – это особая термодинамическая открытая оболочка Земли, вещество, энергетика и организация которой и обуславливаются взаимодействием её биотического и абиотического компонентов. Она, следовательно, включает совокупность организмов и их остатки, а также части атмосферы, гидросферы и литосферы, населённые организмами и изменяемые их деятельностью.
Информация о работе Место экологии в системе биологических наук, связь её с другими науками